Простая и недорогая лабораторная установка с помощью водяного торнадо моделирует процессы формирования планет в космических газово-пылевых дисках.
Ученые из Университета Грайфсвальда (University of Greifswald) и Института астрономии Общества Макса Планка (Max Planck Institute for Astronomy in Heidelberg) воспроизвели динамику протопланетных дисков с помощью воды и аквариумного оборудования. Установка позволяет в лаборатории изучать сложные процессы при формировании планетных систем.
Конструкция состоит из двух прозрачных цилиндров разного диаметра, установленных один над другим. Специальные сопла создают вращательное движение воды, формируя устойчивый вихрь от дна до поверхности. Этот водяной торнадо имитирует гравитационное поле молодой звезды и окружающий ее газово-пылевой диск.
Верхний акриловый резервуар диаметром 50 см подсвечен светодиодными лентами. Под ним расположен более узкий цилиндр. Два черных сопла внизу подают воду в резервуар через подключенные шланги. Фото: S. Schütt (University of Greifswald)
Для анализа движения исследователи поместили в вихрь маленькие полипропиленовые шарики, плотность которых близка к плотности воды. Высокоскоростная камера фиксировала их траектории, а компьютерные алгоритмы рассчитывали параметры орбит. Результаты показали, что движение частиц в водяном торнадо подчиняется законам Кеплера, описывающим орбитальную механику планет.
«Движения и потоки очень похожи на те, что наблюдаются в дисках, формирующих планеты», — объясняет Стефан Кнауэр, соавтор исследования из Грайфсвальдского университета.
Оригинальная цитата: “the motions and flows closely resemble those observed in planet-forming discs and planetary systems.”
Моделирование протопланетной динамики в жидкости. Видео: S. Knauer et al. (CC BY-SA 4.0)
Второй и третий законы Кеплера хорошо описывали поведение частиц в эксперименте. Подход позволяет точнее воспроизводит реальные космические процессы. Гидродинамические параметры водяного торнадо оказались близки к характеристикам настоящих протопланетных дисков.
Эксперимент открывает возможности для изучения взаимодействия газа и пыли, которое играет ключевую роль в формировании планет. Прямые астрономические наблюдения этих процессов крайне затруднены из-за огромных масштабов и временных периодов, а компьютерное моделирование не всегда может охватить все релевантные параметры.
Читать далее:
Загадочный радиосигнал из далекого космоса поставил астрономов в тупик
YouTube-блогер собрал работающий 8-битный компьютер из детского конструктора
В США впервые пересадили младенцу оживленное «мертвое» сердце донора
Фото на обложке: S. Schütt (University of Greifswald)