Vandbølger med høj tyngdekraft

Det, der kan se ud som om gelé bliver omrørt, er faktisk vand, der udsættes for 20 gange normal jordtyngde i ESAs store diameter -centrifuge - som en del af et eksperiment, der giver ny indsigt i bølgeturbulensens adfærd.

Denne forskning, ledet af Stéphane Dorbolo fra University of Liège og Eric Falcon fra CNRS og University of Paris, er blevet offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve .

Bølgeturbulens opstår hvor som helst, hvor et sæt tilfældige bølger interagerer med hinanden - fra havet til atmosfæren, eller i plasma - men de nøjagtige mekanismer bagved forstås kun svagt. Ved overfladebølger på en væske, tyngdekraften dominerer adfærden ved lave frekvenser, mens 'kapillærvirkning' baseret på overfladespænding bliver vigtigere ved høje frekvenser.

For at øge frekvensområdet, hvor bølger domineres af tyngdekraften, forskerne gennemførte deres eksperiment i ESA's Large Diameter Centrifuge (LDC), hvor de kan skabe effektive tyngdekraftniveauer op til 20 gange Jordens tyngdekraft.

Inden for dette udvidede område, resultatet var en overraskelse:de typiske tidsskalaer for bølgeinteraktioner og spredning afhænger ikke af bølgefrekvensen, som teoretisk forudsagt.

I stedet indstilles disse tidsskalaer med den længste tilgængelige bølgelængde i systemet - nemlig størrelsen på den beholder, bølgerne forekommer inden for, en effekt, som aktuelle bølgeturbulensteorier ikke tager højde for.

Prof. Falcon forklarer:"Dette resultat tyder på, at" beholder "-størrelse skal overvejes i undersøgelser af vandbølger i et hav - såvel som atmosfæriske bølger på Jorden og magnetisk begrænsede plasmabølger som i fusionsforsøg.

"Især dette eksperiment tjener til at fuldføre det videnskabelige billede af, hvordan tyngdekraften har indflydelse på overfladebølgeturbulens, fordi indstilling af tyngdekraften til en modsatrettet lav værdi allerede er blevet udført i forsøg på paraboliske nul-G flyvninger i 2009 og for nylig ombord på den internationale rumstation i 2019. Dette har givet os mulighed for med succes at observere ren kapillær bølgeturbulens uden bidrag fra tyngdekraft."

Opererer inden for en hvid kuppel i sci-fi-stil, LDC er en fire-armet centrifuge med en diameter på 8 m, der giver forskere adgang til en række hypergravitation op til 20 gange Jordens tyngdekraft i uger eller måneder ad gangen. På sit hurtigste, centrifugen roterer med op til 67 omdrejninger i minuttet, med sine seks gondoler placeret på forskellige punkter langs armene, der vejer 130 kg, og hver i stand til at rumme 80 kg nyttelast.