Ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) при участии Центра имени Гельмгольца в Дрездене-Россендорфе (Германия) впервые экспериментально подтвердили теоретически предсказанный режим течения жидкости, который считается характерным для недр быстро вращающихся звезд и планет. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Внутри небесных тел тепло переносится конвекцией: горячее вещество поднимается, а холодное опускается, создавая турбулентные потоки. Согласно теориям, во вращающихся объектах эти потоки достигают особого состояния — режима, свободного от диффузии. В этом случае крупные течения определяются почти исключительно плавучестью и вращением, а вязкость и теплопроводность становятся почти незаметными.
До сих пор проверить это в лаборатории не удавалось, поскольку на стенках сосудов образовывались тепловые пограничные слои, которые искажали картину течения. Из-за этого долгое время оставалось неясным, возможно ли вообще воспроизвести предсказанный режим в реальном эксперименте.
Прорыв удалось совершить с помощью вращающейся установки на жидком галлии. Вместо обычной стационарной конвекции исследователи использовали особый колебательный режим, который возникает только в жидких металлах. Его поведение определяется не пограничными слоями на стенках, а перепадом температуры внутри самой жидкости, что позволило создать нужные условия.
Чтобы проверить результаты, ученые сравнили с теорией три независимых показателя: перенос тепла, скорость потока и колебания температуры. Все три совпали с предсказаниями количественно, а дополнительные компьютерные симуляции подтвердили эти данные.
Таким образом, эксперимент, теория и численные модели впервые сошлись друг с другом. Это закрывает давний разрыв между теорией и лабораторными опытами и дает уверенность в том, что существующие модели правильно описывают процессы внутри планет и звезд. Теперь их можно надежнее применять для изучения динамики недр небесных тел.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что ученые впервые увидели сверхмассивную черную дыру, сбежавшую из своей галактики.