Капля – это капля, даже если она металлическая

Капля – это капля, даже если она металлическая

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.

Дождь на Титане
Дождь на Титане

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. 

Вас также может заинтересовать

Оставить комментарий

Другие записи из раздела Научное