Isıtılmış bir gaz, yeni keşfedilen bir akustik etki sayesinde artık bir yıldızın ya da büyük bir gezegenin içinde bulunan yerçekimi kaynaklı konveksiyonu taklit edebilir. Bazen bilimsel bir buluş fiziksel olarak gün ışığına çıkar. Araştırmacılar, yüksek güçlü ampullerdeki akustik etkiyi inceleyerek gezegenlerin ve yıldızların etrafındaki yerçekimi alanını simüle eden bir cihaz yarattılar. Araştırmacılar, ampulün içindeki ses dalgalarının, gazı ampulün merkezine doğru çeken bir kuvvet ürettiğini kanıtladılar. Gaz, Güneş ve büyük gezegenlerdeki sıvı hareketlerine benzeyen konveksiyon döngülerindeki bu yerçekimi kuvveti tarafından itilir. Sistem, daha ileri gelişmelerle bilgisayarların kopyalayamayacağı kadar zor olan konvektif davranışı inceleyebilir.
2017 yılında güçlü sülfür lambaları üzerinde yapılan çalışmalar, ses dalgalarının sıcak gazın ampullerin merkezlerinde yoğunlaşmasına neden olabileceğini gösterdi. Seth Putterman’ın UCLA’daki akustik grubu bu beklenmedik olguyla ilgilendi. Ekip kümelenmeyi araştırdı ve akustik radyasyon kuvvetinin bunu açıklayabileceğini gösterdi. Ses dalgaları küçük bir boncuk gibi bir nesneden saçıldığında oluşan bu kuvvet, akustik kaldırma araştırmalarından iyi bilinmektedir. Putterman ve meslektaşları, ampullerde bu kuvvetin, sesin dağıldığı bir nesnenin yüzeyinden ziyade, yoğunluk değişikliklerinin ses dalgalarını yeniden odakladığı gaz boyunca etki ettiğini göstermiştir.
Ekip üyesi John Koulakis’e göre, “Kuvvetin katı bir şey ile bir gaz arasındaki keskin bir arayüzde etkili olduğunu biliyorduk.” “Ampulde, keskin bir etkileşim olmasa bile bir kuvvet vardır.”
Araştırmacılar bu sistemi modellerken, belirli sınırlar içinde, akustik kuvvetin gaz yoğunluğuyla ilişkili olduğunu keşfettiler; tıpkı bir ortamdaki yerçekimi kuvvetinin ortamın yoğunluğuyla orantılı olması gibi. Bilim insanları, laboratuvarda “sonik yerçekimi” yaratabilirlerse, düzenlenmiş bir sistem kullanarak jeoloji ve güneş fiziğindeki zorlu konuları inceleyebilirler. Ekip şimdi bu motivasyon ışığında, bir gezegenin veya yıldızın çekim alanına benzer şekilde küresel olarak simetrik bir akustik kuvvetle bir deney oluşturdu.
Putterman ve arkadaşları, analog sistemlerini geliştirmek için 3 cm genişliğinde küresel bir cam kabuğun çekirdeğinde sülfür gazını 4000 °C’ye ısıtmak için mikrodalgalar kullandılar. Bu mikrodalga sinyalini modüle ederek küresel olarak simetrik bir duran dalga modelinde ses dalgaları üretmeyi başardılar. Bu deneydeki akustik kuvvet, en azından kürenin dış alanı için, ekibin modeline uygun olarak içe doğrudur. Dünya yüzeyindeki yerçekimi kuvveti, yerçekimi benzeri akustik kuvvetten 1000 kat daha güçlü olduğundan, akustik yerçekimi gazın hareketini yönlendiren baskın faktör olmalıdır.
Akustik kuvvet etkinleştirildikten sonra, kürenin görüntüleri karmaşık gaz hareketini gösteriyor. Bu hareketin araştırmacılar tarafından merkezdeki sıcak gazın neden olduğu konvektif akış olduğu belirlendi. Sıcak gaz kümeleri “yüzeye doğru yükselerek” tıpkı gaz halindeki dev bir gezegende ya da yıldızda olduğu gibi göz kamaştırıcı tüyler oluşturuyor. Bu kümeler dış cam sınırına yaklaştıklarında ısı kaybeder ve merkeze doğru geri batarlar.
Yoğun ve dalgalanan elektrik alanlarında gelişen dielektroforetik kuvvet gibi diğer yerçekimi benzeri kuvvetlerle araştırmacılar zaten gezegen benzeri konveksiyon yaratmışlardır. Ancak araştırma, çok zayıf oldukları için bu diğer kuvvetlerin etkilerini tanımlamak için bir mikro yerçekimi ortamına ihtiyaç duyuyordu.
Buna karşılık, akustik kuvvet, testlerin karadaki bir laboratuvarda yapılmasına izin vermek için yeterlidir.
Ekip, termodinamik bir bölgede, gezegen veya yıldız koşullarından uzakta konveksiyon buluyor. Bu tür koşullara ulaşmak zor olacaktır, ancak araştırmacılar gazın merkez sıcaklığını artırmayı planlıyorlar, bu da şu anda bilgisayar simülasyonlarının kapsamı dışında kalan termodinamik alanları araştırmalarını sağlayacak. Putterman, gezegen ölçeğinde olmasa da, “bu konfigürasyon, küresel konveksiyon programlarının doğrusal olmayan birkaç önemli fenomeni yakaladığı hassasiyetin değerlendirilmesini sağlayacaktır” diyor.
Boulder, Colorado Üniversitesi’nden konveksiyon modelcisi Nick Featherstone deneyi “oldukça fantastik” olarak nitelendiriyor.
Featherstone’a göre, güneş ve karasal manyetik alanların oluşumunu keşfetme çabaları, küresel simetrik yerçekimi oluşturmanın deneysel zorlukları nedeniyle kısıtlandığından, yeni düzenleme “ileriye doğru atılmış büyük bir adım”. “Önümüzdeki yıllarda laboratuvar bağlamında gezegenleri ve yıldızları çalışma şeklimizde bir değişikliğe yol açacağını tahmin ediyorum.”
Kaynak: physics.aps.org/articles/v16/10
