Explosões solares e outros tipos de clima espacial podem causar estragos em voos espaciais, telecomunicações e outros tipos de satélites orbitando a Terra. Mas até o momento, a capacidade dos cientistas de pesquisar maneiras de superar esse desafio foi severamente limitada. Isso porque os experimentos que eles realizam em laboratórios aqui na Terra são afetados pela gravidade de maneiras bem diferentes das condições no espaço.
Mas um novo estudo de físicos da UCLA pode finalmente ajudar a resolver esse problema – o que pode ser um grande passo para proteger humanos (e equipamentos) durante expedições espaciais e garantir o funcionamento adequado dos satélites. O artigo foi publicado na Physical Review Letters.
Os pesquisadores da UCLA reproduziram efetivamente o tipo de gravidade que existe nas estrelas e outros planetas ou perto delas dentro de uma esfera de vidro de 3 centímetros de diâmetro (cerca de 1,2 polegadas). Para fazer isso, eles usaram ondas sonoras para criar um campo gravitacional esférico e gerar convecção de plasma – um processo no qual o gás esfria quando se aproxima da superfície de um corpo e depois reaquece e sobe novamente quando se aproxima do núcleo – criando uma corrente fluida que por sua vez, gera uma corrente magnética.
A conquista pode ajudar os cientistas a superar o papel limitante da gravidade em experimentos que visam modelar a convecção que ocorre em estrelas e outros planetas.
“As pessoas estavam tão interessadas em tentar modelar a convecção esférica com experimentos de laboratório que realmente colocaram um experimento no ônibus espacial porque não conseguiam obter um campo de força central forte o suficiente no solo”, disse Seth Putterman, professor de física da UCLA e autor sênior do estudo. “O que mostramos é que nosso sistema de som gerado por micro-ondas produziu uma gravidade tão forte que a gravidade da Terra não era um fator. Não precisamos mais ir ao espaço para fazer esses experimentos.”
Pesquisadores da UCLA usaram micro-ondas para aquecer o gás sulfúrico a 5.000 graus Fahrenheit dentro da esfera de vidro. As ondas sonoras dentro da bola agiam como a gravidade, restringindo o movimento do gás quente e fracamente ionizado, conhecido como plasma, em padrões que se assemelhavam às correntes de plasma nas estrelas.
“Os campos sonoros agem como a gravidade, pelo menos quando se trata de conduzir a convecção no gás”, disse John Koulakis, cientista do projeto da UCLA e primeiro autor do estudo. “Com o uso de som gerado por micro-ondas em um frasco esférico de plasma quente, conseguimos um campo de gravidade mil vezes mais forte que a gravidade da Terra”.
Na superfície da Terra, o gás quente sobe porque a gravidade mantém o gás mais denso e frio próximo ao centro do planeta.
De fato, os pesquisadores descobriram que o gás quente e brilhante perto da metade externa da esfera também se moveu para fora em direção às paredes da esfera. A forte gravidade sustentada gerou uma turbulência que se assemelhava à vista perto da superfície do sol. Na metade interna da esfera, a gravidade acústica mudou de direção e apontou para fora, o que fez com que o gás quente afundasse no centro. No experimento, a gravidade acústica manteve naturalmente o plasma mais quente no centro da esfera, onde também ocorre nas estrelas.
A capacidade de controlar e manipular o plasma de maneira a espelhar a convecção solar e planetária ajudará os pesquisadores a entender e prever como o clima solar afeta os sistemas de comunicação por satélite e espaçonaves. No ano passado, por exemplo, uma tempestade solar derrubou 40 satélites da SpaceX. O fenômeno também tem sido problemático para a tecnologia militar. A formação de plasma turbulento em torno de mísseis hipersônicos, por exemplo, pode interferir nas comunicações dos sistemas de armas.
Putterman e seus colegas agora estão ampliando o experimento para replicar melhor as condições que estão estudando e para que possam observar o fenômeno com mais detalhes e por períodos de tempo mais longos.
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