Une étude de l’UCLA surmonte les effets de la gravité terrestre, reproduisant les conditions sur d’autres planètes, étoiles


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  • Les éruptions solaires et d’autres types de météorologie spatiale peuvent faire des ravages avec les vols spatiaux et avec les télécommunications et d’autres types de satellites en orbite autour de la Terre. Mais, à ce jour, la capacité des scientifiques à rechercher des moyens de surmonter ce défi a été sévèrement limitée. C’est parce que les expériences qu’ils mènent dans des laboratoires ici sur Terre sont affectées par la gravité d’une manière si différente des conditions dans l’espace.

    Mais une nouvelle étude menée par des physiciens de l’UCLA pourrait enfin aider à résoudre ce problème – ce qui pourrait être un grand pas en avant vers la protection des humains (et de l’équipement) lors des expéditions spatiales et pour assurer le bon fonctionnement des satellites. Le papier est publié dans Lettres d’examen physique.

    Les chercheurs de l’UCLA ont reproduit efficacement le type de gravité qui existe sur ou à proximité des étoiles et d’autres planètes à l’intérieur d’une sphère de verre mesurant 3 centimètres de diamètre (environ 1,2 pouce). Pour ce faire, ils ont utilisé des ondes sonores pour créer un champ gravitationnel sphérique et générer une convection plasma – un processus dans lequel le gaz se refroidit lorsqu’il s’approche de la surface d’un corps, puis se réchauffe et remonte lorsqu’il s’approche du noyau – créant un fluide courant qui génère à son tour un courant magnétique.

    Cette réalisation pourrait aider les scientifiques à surmonter le rôle limitant de la gravité dans des expériences visant à modéliser la convection qui se produit dans les étoiles et d’autres planètes.

    « Les gens étaient tellement intéressés à essayer de modéliser la convection sphérique avec des expériences de laboratoire qu’ils ont en fait mis une expérience dans la navette spatiale parce qu’ils ne pouvaient pas obtenir un champ de force central suffisamment fort au sol », a déclaré Seth Putterman, professeur de physique à l’UCLA et l’auteur principal de l’étude. « Ce que nous avons montré, c’est que notre système de son généré par micro-ondes produisait une gravité si forte que la gravité terrestre n’était pas un facteur. Nous n’avons plus besoin d’aller dans l’espace pour faire ces expériences. »

    Les chercheurs de l’UCLA ont utilisé des micro-ondes pour chauffer le gaz sulfureux à 5 000 degrés Fahrenheit à l’intérieur de la sphère de verre. Les ondes sonores à l’intérieur de la boule agissaient comme la gravité, limitant le mouvement du gaz chaud et faiblement ionisé, connu sous le nom de plasma, en des motifs qui ressemblent aux courants de plasma dans les étoiles.

    « Les champs sonores agissent comme la gravité, du moins lorsqu’il s’agit de provoquer la convection dans le gaz », a déclaré John Koulakis, scientifique du projet UCLA et premier auteur de l’étude. « Avec l’utilisation du son généré par micro-ondes dans une fiole sphérique de plasma chaud, nous avons atteint un champ de gravité 1 000 fois plus fort que la gravité terrestre. »

    À la surface de la Terre, le gaz chaud monte parce que la gravité retient le gaz plus dense et plus froid plus près du centre de la planète.

    En effet, les chercheurs ont découvert que le gaz chaud et brillant près de la moitié extérieure de la sphère se déplaçait également vers l’extérieur vers les parois de la sphère. La gravité forte et soutenue a généré une turbulence qui ressemblait à celle observée près de la surface du Soleil. Dans la moitié intérieure de la sphère, la gravité acoustique a changé de direction et s’est dirigée vers l’extérieur, ce qui fait couler le gaz chaud vers le centre. Dans l’expérience, la gravité acoustique a naturellement maintenu le plasma le plus chaud au centre de la sphère, où il se produit également dans les étoiles.

    La capacité de contrôler et de manipuler le plasma de manière à refléter la convection solaire et planétaire aidera les chercheurs à comprendre et à prédire comment le temps solaire affecte les engins spatiaux et les systèmes de communication par satellite. L’année dernière, par exemple, une tempête solaire a détruit 40 satellites SpaceX. Le phénomène a également été problématique pour la technologie militaire : la formation de plasma turbulent autour des missiles hypersoniques, par exemple, peut interférer avec les communications des systèmes d’armes.

    L’étude a été financée en partie par la Defense Advanced Research Projects Agency, ou DARPA, du ministère de la Défense, et par l’Air Force Office of Scientific Research.

    Putterman et ses collègues intensifient maintenant l’expérience afin de mieux reproduire les conditions qu’ils étudient et de pouvoir observer le phénomène plus en détail et pendant de plus longues périodes.

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