Астрономія
Астрономія

Розмір крапель дощів на інших планетах вказав на їхню здатністю досягати поверхні

Дослідники визначили три ключові особливості крапель дощу: їхню форму, швидкість їхнього падіння та випаровування, і пов’язали їх із розмірами крапель. Виявилося, що серед широкого діапазону умов на інших планетах лише дощові краплі певних розмірів можуть досягати поверхні. Препринт статті доступний на сайті arXiv.org.

Художнє зображення дощу з заліза на екзопланеті WASP-76b. ESO / M. Kornmesser

Художнє зображення дощу з заліза на екзопланеті WASP-76b. ESO / M. Kornmesser

Як і навіщо моделюють опади на інших планетах і супутниках?

Опади впливають на перерозподіл тепла в атмосферах та мають величезні наслідки для планетарного клімату. Зокрема, вони сприяють перенесенню мас з атмосфери на поверхню (або до більш глибоких шарів атмосфери на газових гігантах), сильно впливають на розподіл вологості, тривалість існування та частоту появи хмар. Ці властивості, у свою чергу, пов’язані із парниковим ефектом та змінами альбедо. На кам’янистих планетах земного типу інтенсивність, частота та просторовий розподіл опадів управляють поверхневою ерозією через потоки рідини, фізичне та хімічне вивітрювання.

Русла давніх річок на Марсі. ESA/DLR/FU Berlin

Русла давніх річок на Марсі. ESA/DLR/FU Berlin

Поведінка хмар та опадів на інших планетах недостатньо визначена, але розуміння цих характеристик важливе для прогнозування клімату та інтерпретації слідів опадів у минулому Марса і Землі, а також на сучасному Титані. Попередні дослідження, як правило, пов’язували поведінку опадів насамперед із утворенням та еволюцією хмар, але ці процеси складні та можуть бути неправильно інтерпретовані. Альтернативний підхід полягає в аналізі поведінки окремих частинок опадів незалежно від умов їхнього утворення. Ця поведінка визначається термодинамікою та фізикою рідин.

Яке дослідження провели вчені?

Дослідники вирішили сформувати всебічну і узагальнену картину «життя і смерті» однієї краплі дощу в широкому діапазоні умов на різних планетах. Вони знехтували «народженням» дощової краплі (тобто ростом частинки всередині хмари) і натомість сфокусувалися на вже сформованих краплинах дощу. У моделюванні вчені аналізували воду, але методи, які вони застосували, підходять для будь-якої іншої рідини, здатної конденсуватися: наприклад, для рідкого метану на Титані чи розпдавленого заліза на екзопланеті WASP-76b.

Що показали результати?

Дослідники визначили, що вирахувати форму, швидкість падіння та випаровування краплини можна за допомогою визначення її розміру. Для планет земної групи розміри крапель, що можуть досягати поверхні, мають вузький діапазон у межах одного порядку, тоді як при формуванні у хмарах розміри краплин можуть охоплювати багато порядків. Дослідники визначили, що максимальні розміри дощової краплі суттєво не змінюються на різних планетах. Так, для сучасної Землі вони становлять від 2,5 до 4 міліметрів, після чого крапля розіб’ється. Ці розміри лише слабо залежать від густини повітря. Крім того, аналіз вчених показав, що розподіл різних за розмірами краплин на краях хмар контролює ефективність опадів.

Ми писали, що «К'юріосіті» знайшов сліди великої повені на Марсі,а на екзопланеті WASP 189 b залізо перетворюється на газ. Про те, як змінюються пори року на різних планетах, ми розповідали у нашому матеріалі «Сорок років весни».