«Instrucciones» impulsadas por gravedad en fluidos estratificados
Los movimientos en fluidos astrofísicos o geofísicos se pueden ver afectados por la presencia de variaciones apreciables de la densidad en el fluido. Entre capas con densidades distintas, existe una interfaz a lo largo de la cual se propagan ondas, de forma parecida a como lo hacen las olas en la superficie del océano. Estas ondas gravitatorias también se propagan en la parte masiva de un fluido estratificado, esto es, cuya densidad cambia continuamente con la profundidad. Las diferencias entre densidades determinan la intensidad de las fuerzas de restauración y, en consecuencia, la amplitud que pueden alcanzar las ondas. La estratificación también controla estrictamente la frecuencia y la longitud de onda de las ondas excitadas. Dentro del proyecto COWAVE, los científicos desarrollaron el que se puede considerar uno de los montajes más sencillos que se conocen para analizar estos efectos de densidad. En sus experimentos, los científicos de COWAVE utilizaron agua confinada en un tanque, con una capa turbulenta adyacente a una capa estratificada. Añadiendo sal o variando la temperatura del agua, podían controlar la flotabilidad. Las diferencias de flotabilidad en el tanque dieron lugar a la estratificación deseada, con agua densa en el fondo y más ligera hacia la superficie. Los científicos de COWAVE combinaron mediciones locales de la temperatura o la densidad con mediciones globales de la velocidad con el fin de estudiar los espectros de tiempo y frecuencias de las ondas excitadas. También se desarrolló un modelo matemático basado en análisis numérico del sistema. El análisis de los movimientos turbulentos y oscilatorios predichos teóricamente, que se estudiaron parcialmente durante los experimentos, confirmaron las capacidades de predicción de los modelos numéricos. Pero incluso con un sistema tan simple, surgieron algunos fenómenos físicos nuevos y no intuitivos. El proyecto COWAVE demostró que los movimientos turbulentos excitan principalmente ondas de baja frecuencia que permanecen localizadas alrededor de la interfaz. Las ondas de alta frecuencia se propagan más profundamente en el tanque estratificado debido a una amortiguación selectiva que depende de la flotabilidad del fluido ambiente. Los resultados de COWAVE contribuirán a conocer mejor los efectos de las ondas gravitatorias en modelos de circulación general en la atmósfera y a sus predicciones de los patrones del tiempo. También ayudarán a conocer mejor la evolución de las estrellas y los núcleos planetarios, donde la dinámica de las capas estratificadas se había dejado muy de lado hasta ahora.
