Jak prawa fizyki ograniczają wielkość obcych kropel deszczu

Niezależnie od tego, czy są wykonane z metanu na księżycu Saturna, Tytanie, czy z żelaza na egzoplanecie WASP 78b, obce krople deszczu zachowują się podobnie w całej Drodze Mlecznej. Zgodnie z pierwszym uogólnionym fizycznym modelem obcego deszczu, są zawsze zbliżone do tego samego rozmiaru, niezależnie od cieczy, z której są wykonane, czy atmosfery, w której się znajdują.

„Krople deszczu można uzyskać z wielu rzeczy” – mówi planetolog Kaitlyn Loftus z Uniwersytetu Harvarda, która opublikowała nowe równania opisujące, co dzieje się ze spadającą kroplą deszczu po opuszczeniu chmury w kwietniowym JGR Planets [Journal of Geophysical Research: Planets]. Wcześniejsze badania dotyczyły deszczu w określonych przypadkach, takich jak cykl wodny na Ziemi lub deszcz metanowy na księżycu Saturna, Tytanie. Ale to pierwsze badanie, w którym bierze się pod uwagę deszcz wytwarzany z dowolnej cieczy.

„Proponują coś, co można zastosować na każdej planecie” – mówi astronom Tristan Guillot z Observatory of the Côte d’Azur w Nicei we Francji. „To naprawdę fajne, ponieważ jest to naprawdę potrzebne, aby zrozumieć, co się dzieje” w atmosferach innych światów.

Zrozumienie, jak tworzą się chmury i opady, jest ważne dla zrozumienia klimatu innego świata. Pokrywa chmur może ogrzewać lub chłodzić powierzchnię planety, a krople deszczu pomagają transportować pierwiastki chemiczne i energię wokół atmosfery.

Chmury są skomplikowane. Pomimo wielu danych na temat ziemskich chmur naukowcy tak naprawdę nie rozumieją, w jaki sposób rosną i ewoluują.

Jednak kroplami deszczu rządzi kilka prostych praw fizyki. Spadające krople cieczy przybierają ten sam charakterystyczny kształt łezki, niezależnie od właściwości cieczy. Szybkość, z jaką kropla wyparowuje, zależy od jej powierzchni.

„To jest w zasadzie mechanika płynów i termodynamika, które rozumiemy bardzo dobrze” – mówi Loftus.

Ona i naukowiec planetarny Harvardu, Robin Wordsworth, rozważali deszcz w różnych formach, w tym wodę na wczesnej Ziemi, współczesnym Marsie i gazowej egzoplanecie K2 18b, która może zawierać chmury z pary wodnej. Para badaczy rozważała również deszcz metanu na Tytanie, amoniakalne “kulki” na Jowiszu oraz deszcz żelaza na bardzo gorącej gazowej egzoplanecie WASP 76b. „Wszystkie te różne kondensatory zachowują się podobnie, [ponieważ] rządzą nimi podobne równania” – mówi.

Zespół odkrył, że światy o wyższej grawitacji mają tendencję do wytwarzania mniejszych kropli deszczu. Mimo to wszystkie badane krople deszczu mieszczą się w dość wąskim zakresie rozmiarów, od około jednej dziesiątej milimetra do kilku milimetrów promienia. Loftus i Wordsworth odkryli, że krople deszczu rozpadają się podczas spadania. Dużo mniejsze, a odparują przed uderzeniem w ziemię (dla planet, które mają stałą powierzchnię), zatrzymując wilgoć w atmosferze.

Ostatecznie naukowcy chcieliby rozszerzyć badanie na stałe opady, takie jak płatki śniegu i grad, chociaż obliczenia matematyczne będą bardziej skomplikowane. „To powiedzenie, że każdy płatek śniegu jest wyjątkowy, jest prawdą” – mówi Loftus.

Praca jest pierwszym krokiem w kierunku ogólnego zrozumienia opadów – mówi astronom Björn Benneke z Uniwersytetu w Montrealu, który odkrył parę wodną w atmosferze K2 18b, ale nie brał udziału w nowych badaniach. „Do tego wszyscy dążymy” – mówi. „Aby rozwinąć rodzaj globalnego zrozumienia, jak działają atmosfery i planety, a nie tylko skupić się całkowicie na Ziemi”.

Źródło: Lisa Grossman

Zdjęcie: GERALD EICHSTADT /MSSS/SWRI/JPL-CALTECH/NASA
Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x