Осадки самым непосредственным образом воздействуют на климат планет. Они, в частности, меняют уровень влажности воздуха и количество облаков, что прямо влияет на то, какой процент звездного света отражается от планеты и сколько тепла задерживается в её атмосфере. Считается, что последние факторы имеют определяющее значение для поддержания жизни на том или ином небесном теле. Это значит, что при поиске биологии в глубинах космоса астрономы должны учитывать фактор осадков. Кроме того, компьютерные симуляции соответствующих процессов могут привести к пониманию более сложных климатических систем, причем неважно, какие именно химические соединения в них участвуют.
Ученые неоднократно проводили компьютерные симуляции образования и выпадения осадков на известных небесных телах, но эти изыскания всегда основывались на земных моделях и не отражали всей полноты происходящих процессов. Поэтому авторы упомянутого чуть выше исследования применили другой подход: они сосредоточились исключительно на изучении капель. В принципе, это весьма логично, так как поведение дождинок поддается объяснению с помощью хорошо известных и понятных законов термо- и гидродинамики. В данном случае «математика» одного небесного тела вполне может дать представление о том, что происходит на других. Отчет об исследовании появился на страницах одного из научных журналов в марте 2021 года, и был посвящен трем свойствам дождевых капель: форме, скорости падения и темпу испарения.
Надо понимать, что у дождинок на самом деле не та каплевидная форма, которую принято изображать в рекламе и в детских книжках. Изначально это сферы, нижняя часть которых при падении немного сплющивается. Чтобы выяснить точные их очертания, нужно знать о многих вещах – например, о силе поверхностного натяжения молекул или о том, насколько активно эти частицы «прилипают» друг к другу. Важное значение имеют также сила тяжести, плотность, состав и температура воздуха. Скорость испарения капли зависит от еще большего количества разных факторов: темпа охлаждения дождем окружающей среды, теплопроводности и влажности атмосферы, и так далее. Конечно же, не стоит забывать и о ветре. В общем, несмотря на то, что эти расчеты основаны на фундаментальных законах физики, они невероятно сложны.
Для начала ученые протестировали свои симуляции на земных дождях. Они прогнали через компьютер множество сценариев и вычислили полный диапазон размеров капель – от тех, что не долетают до поверхности, испаряясь в воздухе, до самых крупных, находящихся на самом пороге разделения. Эти данные были сверены с имеющимися эмпирическими наблюдениями, экспериментальными результатами и прочей релевантной информацией. На этом дело, однако, не закончилось. Пытаясь проверить, насколько универсальными являются математические расчеты подобного рода, исследователи испытали свою модель на данных, собранных межпланетной станцией «Кассини-Гюйгенс» на Титане, спутнике Сатурна. Атмосфера на этом небесном теле плотнее, чем у Земли, и образована в основном азотом. При этом здесь так холодно, что выпадает не водяной, а метановый дождь. Однако симуляция показала свою состоятельность и в этом случае!
В результате исследования была обнаружена невероятно интересная тенденция. Диапазон размеров «дождинок» оказался очень узким. Капли на планетах земного типа и газовых гигантах, водяные и из нескольких других химических соединений, отличались своим диаметром не более чем в десять раз. При этом исследователи признают, что это лишь первый шаг на пути к пониманию механизмов образования осадков на разных небесных телах. Так, например, они рассматривали их исключительно в жидком виде, так как формы твердых частичек в огромной степени усложнили бы вычисления. Также ученым ещё только предстоит выяснить, как генерируются и в дальнейшем распределяются дождевые потоки.
Тем не менее, если этот метод исследований зарекомендует себя с хорошей стороны, он сможет многое рассказать о других небесных телах. Например, его можно бы было использовать, чтобы понять, как вода в глубокой древности создала на Марсе сложные сети каналов и долин. То же самое относится к метановым озерам и рекам Титана. Корректные симуляции позволили бы узнать, как ведут себя осадки на планетах, не имеющих твердой поверхности – например, на Юпитере, где огромный интерес вызывает воздействие живописных аммиачных облаков на остальную часть атмосферы. В далекой перспективе данный метод пригодится и для изучения планет, находящихся за пределами Солнечной системы.
