Introduzione

Quella sostanza che viene agitata potrebbe sembrare gelatina, in realtà trattasi di acqua soggetta a 20 volte la normale gravità terrestre all’interno di una centrifuga di grande diametro dell‘ESA, come parte di un esperimento che fornisce nuove informazioni sul comportamento della turbolenza delle onde.

Questa ricerca, condotta da Stéphane Dorbolo dell’Università di Liegi e Eric Falcon del CNRS e dell’Università di Parigi, è stata pubblicata nelle prestigiose Physical Review Letters.

La turbolenza delle onde

La turbolenza delle onde si verifica ovunque in cui una serie di onde casuali interagisce tra loro – dall’oceano all’atmosfera o nei plasmi – ma i meccanismi esatti dietro di essa sono solo vagamente compresi. 

Per le onde di superficie su un liquido, la gravità domina il comportamento alle basse frequenze, mentre “l’azione capillare” basata sulla tensione superficiale diventa più importante alle alte frequenze.

Per aumentare la gamma di frequenze in cui le onde sono dominate dalla gravità, i ricercatori hanno condotto i loro esperimenti nella Large Diameter Centrifuge dell’ESA (LDC), dove possono creare livelli di gravità effettivi fino a 20 volte quelli della gravità terrestre.

All’interno di questa estesa gamma, il risultato è stato sorprendente: i tempi tipici delle interazioni e della dissipazione delle onde non dipendevano dalla frequenza delle onde, come teoricamente previsto.

Invece, queste scale temporali sono impostate dalla più ampia lunghezza d’onda disponibile all’interno del sistema – vale a dire la dimensione del contenitore in cui si verificano le onde, un effetto che le attuali teorie sulla turbolenza delle onde non tengono conto.

Il prof. Falcon spiega: “Questo risultato suggerisce che la dimensione del “contenitore”deve essere presa in considerazione negli studi sulle onde d’acqua all’interno di un oceano, così come sulle onde atmosferiche sulla Terra e sulle onde del plasma confinate magneticamente come negli esperimenti di fusione.

In particolare, questo esperimento serve a completare il quadro scientifico di come la gravità ha un impatto sulla turbolenza delle onde superficiali, perché la regolazione del livello di gravità su un valore opposto basso è già stata eseguita in esperimenti su voli parabolici a zero G nel 2009 e più recentemente a bordo la Stazione Spaziale Internazionale nel 2019. Questo ci ha permesso di osservare con successo la turbolenza dell’onda capillare pura senza alcun contributo della gravità“.

L’LDC

Operando all’interno di una cupola bianca in stile fantascientifico, LDC è una centrifuga a quattro bracci del diametro di 8 m che consente ai ricercatori di accedere a una gamma di ipergravità fino a 20 volte la gravità terrestre per settimane o mesi alla volta. Al suo massimo, la centrifuga ruota fino a 67 giri al minuto, con le sue sei gondole posizionate in punti diversi lungo i suoi bracci del peso di 130 kg e ciascuna in grado di ospitare 80 kg di carico utile.

Il LDC è stato reso disponibile per questo esperimento attraverso l’annuncio di ricerca continuamente aperto del programma SciSpace, supportato dalla direzione ESA per l’esplorazione umana e robotica.

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