Ako fyzikálne zákony obmedzujú veľkosť mimozemských dažďových kvapiek

  • Valentín Korinek | 14 Máj 2021
    Exoplanéty
Oblačnosť na Jupiteri, ako ju zachytila kozmická loď Juno, by mohla v niektorých oblastiach a správnych podmienkach vytvárať polotuhé amoniakové snehové zrážky. Nové štúdie z dát sondy Juno naznačujú, že akékoľvek tekuté zrážky na Jupiteri by boli svojím spôsobom podobné dažďu na akomkoľvek inom „zamračenom svete“. (Gerald Eichstadt / MSSS / SwRI / JPL-Caltech / NASA)
Či už sú vyrobené z metánu na Saturnovom mesiaci Titan alebo zo železa na exoplanéte WASP 76b, mimozemské dažďové kvapky sa správajú podobne v celej našej Galaxii. Podľa prvého zovšeobecneného fyzikálneho modelu mimozemského dažďa sú vždy približne rovnakej veľkosti bez ohľadu na to, z ktorej kvapaliny sú vyrobené, alebo v akej atmosfére sa formujú.

Vedci zverejnili nové rovnice, ktoré vedia vypočítať, čo sa stane s padajúcou dažďovou kvapkou po opustení oblaku. Predchádzajúce štúdie sa zaoberali dažďom v konkrétnych prípadoch, ako napríklad vodný cyklus na Zemi alebo metánový dážď na Saturnovom mesiaci Titan. Toto je však prvá štúdia, ktorá berie do úvahy aj dážď z akejkoľvek inej kvapaliny.
Vedci teda takýmto spôsobom navrhujú model, ktorý by sa dal aplikovať na akýkoľvek typ oblačnosti na exoplanétach. Oblačnosť totiž môže buď zahriať alebo ochladiť povrch planéty. Kvapky potom pomáhajú transportovať chemické prvky a energiu po atmosfére.

Oblačnosť ako taká je komplikovaný systém a aj napriek množstvu údajov, ktoré máme z počasia tu na Zemi, vedci ťažko predvídajú, ako sa vyvíja a rastie.

Naopak samotné dažďové kvapky, ktoré sú viac menej druhotným prejavom samotnej oblačnosti sa riadia niekoľkými jednoduchými fyzikálnymi zákonmi. Klesajúce kvapôčky kvapaliny majú zvyčajne podobné tvary bez ohľadu na vlastnosti kvapaliny. Rýchlosť, ktorou sa táto kvapka odparuje, je určená jej povrchovou plochou. Je to v podstate mechanika tekutín a termodynamika, ktorým veľmi dobre rozumieme.

Planetárni vedci do spomínaných rovníc zahrnuli dažde v rôznych formách, vrátane vody na ranej Zemi, Marse či plynnej exoplanéte K2 18b, ktorá môže obsahovať oblaky vodnej pary. Ďalej tam boli zahrnuté aj metánove dažde z Titanu a „guľky“ amoniaku na Jupiteri, v neposlednom rade aj železné dažde z ultra horúcej exoplanéty WASP 76b. Všetky kondenzáty sa správali podobne, pretože sa riadia podobnými rovnicami.

Výsledky ukázali, že svety s vyššou gravitáciou majú tendenciu produkovať menšie dažďové kvapky. Napriek tomu všetky študované dažďové kvapky spadajú do dosť úzkeho rozsahu veľkostí, približne od desatiny milimetra po niekoľko milimetrov. Ďalej sa ukázalo, že niektoré kvapky sa rozpadli skôr, ako dopadli na povrch. Veľmi malé sa odparili skôr, ako dopadli na povrch (samozrejme to platí len pri planétach, ktoré majú povrch), avšak vlhkosť v atmosfére sa pri ich rozpade nezmenila.

Vedci chcú túto novú štúdiu rozšíriť aj na tzv. pevné zrážky ako snehové vločky či krupobitie. Matematika je síce komplikovanejšia, avšak bude to prvý krok k pochopeniu zrážok všeobecne. Dovolí nám to rozvíjať akési globálne chápanie fungovania atmosfér a planét mimo našej Zeme.