¿Cuáles son los fenómenos científicos más increíbles?
Mezcla Termohalina
Este interesante experimento se puede hacer en la cocina: prepara una taza de agua fría; otra taza de agua tibia con sal coloreada con una base de cartón, pon las dos tazas de agua en la boca Coloque la boca verticalmente, asegúrese de que el agua salada caliente esté encima, retire el cartón y pronto verá innumerables "dedos salados" delgados producidos en la interfaz entre el agua fría y el agua salada tibia (vea la imagen a continuación )
¿Cuáles son los fenómenos científicos más sorprendentes? Observe la formación de innumerables y delgados "dedos salados" (vea la imagen a continuación)
Este fenómeno físico se llama convección de doble difusión, o proceso de mezcla de sal caliente. Es un fenómeno no lineal común e importante en los fluidos. . Este fenómeno ocurre cuando dos líquidos que contienen diferentes solutos tienen diferencias de temperatura y densidad. Es un fenómeno no lineal común e importante en los fluidos. Este fenómeno tiene muchas observaciones interesantes en la vida, como el fenómeno de estratificación que ocurre naturalmente al verter café caliente en leche fría para hacer un café con leche, que también puede explicarse por la convección de doble difusión. La estratificación del café con leche y los dedos de sal que se ven arriba son manifestaciones de convección de doble difusión. La diferencia radica en la diferencia en la velocidad de difusión de diferentes líquidos causada por la temperatura y la salinidad. En el ejemplo anterior, la disipación causada por la temperatura en la salmuera caliente es mucho más rápida que la disipación causada por la salinidad. En otras palabras, la salmuera caliente se enfría antes de volverse "más ligera", lo que hace que aumente la densidad, lo que crea una convección local inestable y provoca la aparición de dedos de sal. Este proceso es importante para la convección vertical en el océano e incluso desempeña un papel en la circulación oceánica a escala global y se ha estudiado ampliamente en la Tierra. Sin embargo, ¿te imaginas si dijera que este fenómeno también existe dentro de las estrellas e incluso puede ser muy importante?
De hecho, basta con sustituir el líquido superior por un "caldo" de plasma que es varios órdenes de magnitud más caliente, y pensar en la salinidad como la composición del interior de la estrella que contiene diferentes proporciones de elementos pesados (los interior de la estrella El número medio de moléculas en el plasma no es el mismo en diferentes profundidades). Cuando las estrellas de masa pequeña y mediana (0,8-2,0 masas solares) evolucionan a la etapa de gigante roja, aparecerá un núcleo de helio en el centro, inicialmente debido a una temperatura y presión insuficientes, cuando se produce la fusión nuclear; La estrella continúa sufriendo una fusión nuclear, el centro Cuando la masa del núcleo de helio alcanza un cierto nivel, se puede llamar destello de helio. Una fusión nuclear corta y violenta es un destello de helio. Una gran cantidad de helio se funde en carbono en muy poco tiempo. Este proceso ocurre cuando el centro de la estrella se fusiona con los lados exteriores de un núcleo de helio, lo que da como resultado una capa de carbono más cálida y pesada que es ligeramente más fría (debido a la pérdida de energía de los neutrinos) y tiene un peso molecular promedio más alto en el exterior. el núcleo casi en su totalidad de helio Bajo. ¿Te suena esto familiar?
De hecho, ya en 1972, el famoso astrónomo Roger Ulrich analizó seriamente en un breve artículo el proceso de mezcla de sales calientes en el interior de las estrellas. Pero durante mucho tiempo los astrónomos creyeron que este fenómeno carecía de importancia y que pronto sería borrado por otros procesos físicos. Sin embargo, los astrónomos siempre han entendido las estrellas desde una perspectiva muy simplificada: un modelo unidimensional sin rotación ni campos magnéticos. Nuestra comprensión de procesos físicos extremadamente importantes como la convección también es muy rudimentaria, y en el modelado estelar a menudo se utilizan algunos juicios de gradiente simples. Según estos juicios, es posible que el proceso de mezcla de sal caliente no se lleve a cabo. Sin embargo, con la profundización de la investigación y los modelos cada vez más realistas, los astrónomos finalmente han vuelto a reconocer que el proceso de mezcla de sales calientes probablemente ocurre naturalmente en la fase de gigante roja de las estrellas de masa pequeña y mediana, y es importante para nuestra comprensión. del destino de las estrellas (incluido el sol). Una serie de desajustes entre las predicciones de los modelos y las observaciones de las abundancias de diferentes elementos en las atmósferas de las gigantes rojas podrían explicarse por mecanismos de mezcla internos más eficientes, en los que la mezcla de sal marina posiblemente desempeñe un papel más importante de lo que pensábamos.
Incluso los fenómenos cosmológicos pueden recurrir a procesos de mezcla de sales calientes: el dilema del 3He.
Como isótopo de He, la proporción de 3He observada en el universo es muy baja. Sin embargo, todos sabemos que las estrellas de masa pequeña y mediana producirán una gran cantidad de 3He en sus envolturas durante el proceso de evolución. ¿Por qué estos 3He no pueden ser liberados en el medio interestelar cuando la estrella muere y la envoltura se escapa, y ser observados por nosotros? A través de costosas simulaciones numéricas tridimensionales, los astrónomos descubrieron que esto también es probablemente el resultado de la mezcla de sales calientes cerca del núcleo en evolución del interior de la gigante roja: un proceso físico previamente pasado por alto que proporciona el mecanismo de mezcla de una manera inusualmente eficiente. a la "destrucción" de 3He.
Desde los pequeños experimentos que haces en la cocina hasta los violentos destellos de helio fuera de los núcleos de helio fusionados de las estrellas gigantes rojas, la física de la convección de doble difusión puede cambiar el café con leche que tienes en la mano y el océano al final. de tu vista, y Existe una conexión "mágica" entre la solitaria puesta de sol sobre el mar.
Descamación por presión de roca
Este fenómeno es fácil de experimentar, al igual que encontrar un ambiente interior sin viento, andar en bicicleta y poner algunos papeles A4 en la parte delantera de la bicicleta. encontrará El papel volará rápidamente. ¿Por qué sucede esto? Creo que muchos estudiantes de secundaria pueden responder esto: el movimiento relativo de la bicicleta y el flujo de aire interior ejercen presión sobre el papel. Debido a que el papel es muy liviano, esta presión lo "despega" del auto como el viento. Este proceso se llama punzonado. No es difícil demostrar que la presión de estampado se puede expresar mediante una fórmula simple: la presión de estampado es igual a la densidad del medio multiplicada por el cuadrado de la velocidad relativa, lo cual es fácil de entender. Sin embargo, en la escala de la evolución galáctica, embestir parece ser más aterrador de lo que imaginas.
Nuestra Vía Láctea es suave y tranquila. Las estrellas se mueven regularmente en el disco galáctico, convirtiendo lentamente el gas en estrellas y acumulando gas continuamente desde el halo rico en bariones de la Vía Láctea, manteniendo un equilibrio dinámico. Se llama sostenibilidad, pero eso es todo. Pero no todas las galaxias tienen tanta suerte. Los astrónomos han descubierto desde hace tiempo que el "color" de las galaxias está relacionado con el "entorno" en el que viven. Las galaxias regulares en forma de disco con la masa de la Vía Láctea, como la Vía Láctea, en un grupo de galaxias pequeño y en gran parte poco controvertido, son capaces de mantener un flujo constante de gas y estrellas gracias al calor continuo que irradian con orgullo las estrellas jóvenes. la galaxia tiene un color azul tranquilo similar al color de los océanos de la Tierra desde el borde del sistema solar; sin embargo, si dicha galaxia estuviera en un cúmulo de galaxias supermasivo rodeado por un cúmulo masivo de galaxias, el color de la galaxia sería el mismo. igual que el color de su entorno. Sin embargo, si por desgracia una galaxia así se encuentra en un cúmulo de galaxias supermasivo, rodeada de galaxias elípticas masivas, en la gran mayoría de los casos lo único que vemos es un color rojo oscuro parecido al desértico: la galaxia que ha perdido su gas no puede continuar producen nuevas estrellas, sólo las frías gigantes rojas luchan por demostrar que este lugar alguna vez fue vibrante y deslumbrante. ¿Por qué es esto?
Ya en 1972, James Gunn y Richard Gott III predijeron que la eliminación de arietes estaba detrás del proceso de destrucción de galaxias. En pocas palabras, el interior de los cúmulos de galaxias masivos no es el vacío entre galaxias, sino que está lleno de gas caliente a alta temperatura entre varias galaxias y entre cúmulos de galaxias. La atracción gravitacional generada por estas estructuras de masas asombrosas tiene una atracción fatal e irresistible para las pequeñas galaxias circundantes. Bajo la aceleración de una fuerte gravedad, pequeñas galaxias inocentes alcanzarán velocidades muy altas después de caer en la trampa de los cúmulos de galaxias. En este momento, el gas caliente y de alta temperatura dentro del cúmulo de estrellas provocará una presión terrible y se desprenderá de la galaxia. Las estructuras estelares de las galaxias pequeñas (las bicicletas) sobrevivieron bien, pero el gas fino y frío de las galaxias (el papel A4 en la parte delantera del coche) no tuvo tanta suerte.
Aunque la teoría de la extracción por erosión se ha propuesto durante mucho tiempo, solo recientemente los astrónomos confirmaron la importancia y la eficiencia de la extracción por erosión al observar la composición estelar y gaseosa de las galaxias en un gran número de galaxias. racimos. Dentro de los cúmulos de galaxias, los astrónomos han observado una clase especial de objetos conocidos como "galaxias medusas", pero contrariamente a lo que sugiere el nombre energético, los astrónomos ahora saben a partir de observaciones cinemáticas de gas que estos cúmulos de galaxias son la "escena del crimen" de los cúmulos de galaxias que extraen gas de galaxias que acaban de caer en el disco.
Escena del crimen" (imagen de abajo)
La típica galaxia medusa en la imagen de arriba se llama ESO 137-001. Es uno de los ejemplos más famosos de desprendimiento por colisión en el masivo cúmulo de galaxias Abell 3627. Fue formado a partir de esta estrella El gas extraído del disco de la galaxia se extiende a lo largo de decenas de miles de años luz. Debido a la ionización de las estrellas jóvenes restantes, el gas emite una misteriosa luz azul: parece que vemos el "alma" de una galaxia rompiéndose. Fuera de su caparazón, el proceso de muerte es rápido y cruel. Después de solo unos cientos de millones de años, esta galaxia se convertirá en un zombi y ya no podrá formar estrellas. Su destino solo puede ser orbitar la galaxia en el centro de la galaxia. El cúmulo obedientemente y en el momento adecuado fue tragado y pasó a formar parte de la galaxia elíptica central.
Con la profundización de las observaciones, los astrónomos están cada vez más convencidos de que un proceso físico aparentemente tan simple está generando vida. cobran vida con una eficacia asombrosa. La aterradora escala empuja a las galaxias en el halo de materia oscura masiva al borde de la muerte.