Fluxos de metal fundido podem gerar campos magnéticos. Este chamado efeito dínamo cria campos magnéticos cósmicos, como aqueles encontrados em planetas, luas e até mesmo asteróides. Nos próximos anos, os pesquisadores estão conduzindo um experimento único no qual um tambor de aço contendo várias toneladas de sódio líquido gira em torno de dois eixos para demonstrar esse efeito. Será realizado nas novas instalações da DRESDYN em Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), um laboratório de pesquisa alemão independente. Um estudo, publicado recentemente em Cartas de revisão física , relata as chances de sucesso do experimento.

Da mesma forma que um dínamo de bicicleta convertendo movimento em eletricidade, fluidos condutores em movimento podem gerar campos magnéticos. O chamado número Reynolds magnético (o produto da velocidade de fluxo do fluido, expansão e condutividade) determina principalmente se um campo magnético é realmente gerado.

Durante o experimento, os cientistas da equipe de Frank Stefani no Instituto de Dinâmica dos Fluidos do HZDR visam atingir o valor crítico necessário para a ocorrência do efeito dínamo. Para este propósito, um cilindro de aço de dois metros de diâmetro contendo oito toneladas de sódio líquido girará em torno de um eixo até 10 vezes por segundo e uma vez por segundo em torno de outro eixo inclinado em relação ao primeiro. O termo técnico para este movimento, que muitas vezes é comparado a um pião inclinado, é a precessão.

"Nosso experimento na nova instalação DRESDYN tem como objetivo demonstrar que a precessão, como um condutor natural de fluxo, é suficiente para criar um campo magnético, "diz André Giesecke, autor principal do estudo. Em suas simulações e durante os experimentos de acompanhamento com água usando um modelo seis vezes menor do que a configuração experimental, os cientistas examinaram a estrutura do fluxo impulsionado pela precessão.

"Para nossa surpresa, observamos uma estrutura simétrica de duplo papel em uma faixa específica da taxa de precessão, que deve fornecer um efeito dínamo em um número Reynolds magnético de 430, "diz o físico.

O centro da Terra consiste em um núcleo sólido cercado por uma camada de ferro fundido. "O metal fundido induz uma corrente elétrica, que por sua vez gera um campo magnético, "explica Giesecke. A crença comum é que a convecção impulsionada pela flutuabilidade, junto com a rotação da Terra, é responsável por este geodinamo. Contudo, o papel desempenhado pela precessão na formação do campo magnético da Terra ainda é completamente obscuro.

O eixo de rotação da Terra é inclinado 23,5 graus em relação ao seu plano orbital. O eixo de rotação muda de posição ao longo de um período de aproximadamente 26, 000 anos. Este movimento de precessão através do espaço é considerado uma das possíveis fontes de energia para o geodinamo. Milhões de anos atrás, a lua também tinha um poderoso campo magnético, conforme indicado por amostras de rocha das missões Apollo. De acordo com os especialistas, a precessão pode ter sido a causa principal.

Os experimentos de sódio líquido em HZDR são esperados para começar em 2020. Ao contrário dos experimentos de laboratório geodinâmico anteriores, não haverá hélice dentro do tambor de aço, como foi usado no primeiro experimento de dínamo bem-sucedido em Riga, Letônia, em 1999, em que os cientistas do HZDR participaram. Este e outros experimentos em Karlsruhe, Alemanha e Cadarache, França, forneceu pesquisas inovadoras para uma melhor compreensão do geodinamo.

"Em princípio, podemos definir três parâmetros diferentes para os experimentos em DRESDYN:rotação, precessão e o ângulo entre os dois eixos, "diz Giesecke. Ele e seus colegas esperam obter respostas para a questão fundamental de se a precessão realmente produz um campo magnético em um fluido condutor. Além disso, eles estão interessados ​​em descobrir quais componentes de fluxo são responsáveis ​​pela criação do campo magnético, e o ponto em que ocorre a saturação.

Função dupla no contêiner

“Nas simulações, descobrimos que as ondas de inércia estacionárias ocorrem em uma ampla faixa de parâmetros. Dentro de um certo intervalo, Contudo, notamos agora uma estrutura característica de duplo papel que se mostra extremamente eficiente para o efeito dínamo. Em princípio, já estamos cientes de tal estrutura de velocidade graças ao experimento do dínamo francês, em que foi produzido artificialmente por duas hélices, enquanto em nosso experimento de precessão deve surgir naturalmente. "

Os pesquisadores do HZDR usaram tecnologia de ultrassom especial para medir a estrutura do fluxo. "Ficamos muito surpresos com o quão bem os dados do experimento correspondem aos resultados da simulação. Portanto, temos uma previsão extremamente robusta para o experimento DRESDYN principal. Por exemplo, sabemos em quais taxas de rotação ocorre o efeito dínamo e quais estruturas de campo magnético podemos esperar, "diz Giesecke.

A comunidade científica envolvida com dínamos aguarda ansiosamente os resultados do experimento planejado, que operará nos limites da viabilidade técnica em muitos aspectos. "Também esperamos insights detalhados sobre a dinâmica geral dos fluxos de metal líquido sob a influência de campos magnéticos. Isso nos permitirá tirar conclusões sobre os fluxos no setor industrial, "de acordo com Giesecke.

E por último mas não menos importante, a tomografia de fluxo magnético desenvolvida no HZDR como parte de sua pesquisa de dínamo é de interesse para muitas áreas de fundição de aço e cultivo de cristal.