Водный торнадо в лаборатории: Простой эксперимент моделирует формирование планет
Учёные из Университета Грайфсвальда и Института астрономии Макса Планка (Германия) создали прототип установки, которая с помощью водного торнадо моделирует процессы в протопланетных дисках. Эксперимент отличается простотой и невысокой стоимостью компонентов.
Планеты рождаются в газопылевых дисках
Аккреционные диски разных масштабов встречаются по всей Вселенной. Их объединяет общая черта: газ вращается вокруг центрального объекта, чья гравитация влияет на окружающее вещество. Часть газа постепенно смещается внутрь, увеличивая массу центрального тела.
Молодые звёзды также окружены аккреционными дисками, где газ смешан с микроскопическими твёрдыми частицами. Эти частицы слипаются, формируя объекты размером в тысячи километров — «зародыши» будущих планет. Сложные процессы, включающие упорядоченное вращение и турбулентные вихри, охватывают огромные пространства и плохо поддаются прямым наблюдениям.
Лабораторная модель дополняет компьютерные расчёты
Новая водная модель предлагает альтернативу традиционным симуляциям. В отличие от предыдущих аналоговых экспериментов, эта установка обладает двумя ключевыми преимуществами:
- Охватывает широкий радиальный диапазон (ранние модели ограничивались узкими кольцевыми зонами);
- Движение жидкости точно воспроизводит процессы в протопланетных дисках.
«Основные принципы, сформулированные Кеплером для планетных орбит, работают и в нашей водной модели», — отмечает Стефан Кнауэр из Университета Грайфсвальда. Результаты исследования опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters.
Аквариумные технологии для астрофизики
Сердце установки — два прозрачных акриловых цилиндра разного диаметра. В нижнем (15 см) расположен центральный слив и две сопла, создающие встречные потоки воды. Обычная аквариумная помпа приводит жидкость в движение, формируя вихрь высотой до краёв верхнего 50-сантиметрового цилиндра.
Как вода имитирует космос
Для анализа движения на поверхность вихря добавили полипропиленовые гранулы, плотность которых близка к воде. Высокоскоростная съёмка и алгоритмы трекинга позволили реконструировать их траектории.
Открытия:
- Орбиты частиц в основном соответствуют второму и третьему законам Кеплера;
- Гидродинамические параметры совпали с характеристиками реальных протопланетных дисков;
- Мелкие частицы в эксперименте ведут себя аналогично космической пыли.
От прототипа к точным измерениям
Нынешняя установка — лишь первый шаг. «Сейчас мы работаем над увеличением масштабов эксперимента и снижением турбулентности», — делится планами Марио Флок из MPIA. Учёные рассчитывают, что усовершенствованная модель позволит изучать:
- Механизмы слипания космической пыли;
- Динамику газопылевых взаимодействий;
- Процессы формирования планетарных зародышей.
В нашем Telegram‑канале, и группе ВК вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
