Как законы физики ограничивают размер капель дождя на других планетах

Размер дождевых капель одинаков, независимо от того, из чего они сделаны и на какую планету они падают, - пишет sciencenews.org со ссылкой на Journal of Geophysical Research: Planets.

Независимо от того, сделаны ли они из метана на спутнике Сатурна Титане или из железа на экзопланете WASP 76b, капли дождя на других планетах ведут себя так же, как на Земле. Согласно первой обобщенной физической модели инопланетного дождя, они всегда близки к одному размеру, независимо от жидкости, из которой они сделаны, или атмосферы, в которую они падают.

«Капли дождя можно получить из множества вещей», - говорит планетолог Кейтлин Лофтус из Гарвардского университета, которая опубликовала новые уравнения того, что происходит с падающей каплей после того, как она покинула облако. Предыдущие исследования рассматривали дождь в конкретных случаях, таких как круговорот воды на Земле или метановый дождь на спутнике Сатурна Титане. Но это первое исследование, в котором рассматривается дождь из любой жидкости.

«Они предлагают что-то, что можно применить к любой планете, - говорит астроном Тристан Гийо из Обсерватории Лазурного берега в Ницце, Франция. - Это действительно важно, потому что это поможет понять, что происходит в атмосферах других миров».

Понимание того, как формируются облака и осадки, важно для понимания климата другого мира. Облачный покров может нагревать или охлаждать поверхность планеты, а капли дождя помогают переносить химические элементы и энергию в атмосфере.

Облака сложны. Несмотря на множество данных о земных облаках, ученые не совсем понимают, как они растут и развиваются. Однако капли дождя подчиняются нескольким простым физическим законам. Падающие капли жидкости имеют тенденцию по умолчанию принимать одинаковую форму независимо от свойств жидкости. Скорость испарения этой капли определяется площадью ее поверхности.

«Это в основном механика жидкости и термодинамика, которые мы очень хорошо понимаем», - говорит Лофтус.

Она и гарвардский планетолог Робин Вордсворт рассматривали дождь в самых разных формах, включая воду на ранней Земле, древний Марс и газообразную экзопланету под названием K2 18b, на которой могут находиться облака водяного пара. Пара также рассмотрела метановый дождь на Титане, аммиачные капли на Юпитере и железный дождь на сверхгорячей газовой гигантской экзопланете WASP 76b. «Все эти различные конденсируемые вещества ведут себя одинаково, [потому что] они управляются схожими уравнениями», - говорит она.

Команда обнаружила, что в мирах с более высокой гравитацией, как правило, образуются капли дождя меньшего размера. Тем не менее, все изученные капли дождя попадают в довольно узкий диапазон размеров - от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров в радиусе. Самые большие капли разбиваются на части при падении. А меньшие испаряются, прежде чем упадут на землю (для планет с твердой поверхностью), сохраняя влагу в атмосфере.

В конце концов, исследователи хотели бы расширить исследование на твердые осадки, такие как снежинки и град, хотя математика там будет более сложной. «Поговорка о том, что каждая снежинка уникальна, верна», - говорит Лофтус.

Работа является первым шагом к пониманию осадков в целом, говорит астроном Бьорн Беннеке из Монреальского университета, который обнаружил водяной пар в атмосфере K2 18b, но не участвовал в новом исследовании. «Это то, к чему мы все стремимся, - говорит он. - Чтобы развить своего рода глобальное понимание того, как работают атмосферы и планеты, а не просто быть полностью ориентированными на Землю».


[Фото: sciencenews.org]