Το μέγεθος των σταγόνων βροχής βοηθά στον εντοπισμό δυνητικά κατοικήσιμων πλανητών έξω από το ηλιακό μας σύστημα

Οι σταγόνες βροχής συνεχίζουν να πέφτουν στους εξωτερικούς πλανήτες

Μια μέρα, η ανθρωπότητα μπορεί να περπατήσει σε έναν άλλο κατοικήσιμο πλανήτη. Αυτός ο πλανήτης μπορεί να φαίνεται πολύ διαφορετικός από τη Γη, αλλά ένα πράγμα θα φαίνεται οικείο – η βροχή.

Σε πρόσφατη ερευνητική εργασία που δημοσιεύτηκε στο Πλανήτες JGR, Οι ερευνητές του Χάρβαρντ διαπίστωσαν ότι οι σταγόνες βροχής είναι εξαιρετικά παρόμοιες σε διαφορετικά πλανητικά περιβάλλοντα, ακόμη και οι πλανήτες είναι τόσο δραστικά διαφορετικοί από τη Γη και Ζεύς. Η κατανόηση της συμπεριφοράς των σταγόνων βροχής σε άλλους πλανήτες είναι κλειδί όχι μόνο για την αποκάλυψη αρχαίων κλιμάτων σε αυτούς τους πλανήτες Άρης Αλλά εντοπίζοντας δυνητικά κατοικήσιμους πλανήτες έξω από το ηλιακό μας σύστημα.

«Ο κύκλος ζωής των νεφών είναι πολύ σημαντικός όταν σκεφτόμαστε την κατοικησιμότητα ενός πλανήτη», δήλωσε η Caitlin Loftus, απόφοιτος φοιτητής στο Τμήμα Γης και Πλανητικών Επιστημών και επικεφαλής συγγραφέας της εφημερίδας. “Αλλά τα σύννεφα και οι βροχοπτώσεις είναι πολύ περίπλοκα και πολύ περίπλοκα για να είναι πλήρως σχεδιασμένα. Ψάχνουμε απλούστερους τρόπους για να κατανοήσουμε πώς αναπτύσσονται τα σύννεφα και το πρώτο βήμα είναι αν τα σταγονίδια σύννεφων εξατμίζονται στην ατμόσφαιρα ή φτάνουν στην επιφάνεια ως βροχή.”

“Η ταπεινή σταγόνα βροχής είναι ζωτικής σημασίας στοιχείο του κύκλου βροχόπτωσης για όλους τους πλανήτες”, δήλωσε ο Robin Wordsworth, αναπληρωτής καθηγητής περιβαλλοντικής επιστήμης και μηχανικής στο John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) του Χάρβαρντ και επικεφαλής συγγραφέας της εφημερίδας. . “Αν καταλάβουμε πώς συμπεριφέρονται μεμονωμένες σταγόνες βροχής, μπορούμε καλύτερα να αντιπροσωπεύσουμε βροχόπτωση σε σύνθετα κλιματικά μοντέλα.”

Μια βασική πτυχή της συμπεριφοράς των σταγόνων βροχής, τουλάχιστον για τους σχεδιαστές του κλίματος, είναι εάν ένα σταγόνα βροχής φτάνει ή όχι στην επιφάνεια του πλανήτη, επειδή το νερό στην ατμόσφαιρα παίζει μεγάλο ρόλο στο κλίμα ενός πλανήτη. Για το σκοπό αυτό, το μέγεθος έχει σημασία. Πολύ μεγάλο και το σταγονίδιο θα αποσυντεθεί λόγω ανεπαρκούς επιφανειακής τάσης, ανεξάρτητα από το αν το νερό, το μεθάνιο ή ο υγρός σίδηρος είναι πολύ ζεστά Εξωπλανήτης Ονομάζεται WASP-76b. Πολύ μικρό και η σταγόνα θα εξατμιστεί πριν χτυπήσει την επιφάνεια.

Το Wordsworth Loftus καθόρισε τη ζώνη του εύκρατου μεγέθους σταγόνας βροχής χρησιμοποιώντας μόνο τρία χαρακτηριστικά: σχήμα πτώσης, ταχύτητα πτώσης και ταχύτητα εξάτμισης.

“Οι γνώσεις που κερδίζουμε από το να σκεφτόμαστε σταγόνες βροχής και σύννεφα σε διαφορετικά περιβάλλοντα είναι το κλειδί για την κατανόηση της βιωσιμότητας των εξωπλανητών.”
– Robin Wordsworth, Αναπληρωτής Καθηγητής Επιστήμης και Μηχανικής Περιβάλλοντος

Τα σχήματα πτώσης είναι τα ίδια σε διάφορα υλικά βροχής και εξαρτώνται κυρίως από το πόσο βαρύ είναι το σταγόνα. Ενώ πολλοί από εμάς μπορεί να φανταστούν ένα παραδοσιακό σταγονίδιο σε σχήμα δακρύων, οι σταγόνες της βροχής είναι στην πραγματικότητα σφαιρικές όταν είναι νέοι, συμπιέζονται καθώς μεγαλώνουν μέχρι να μεταβούν σε σχήμα όπως η κορυφή ενός κουλουριού χάμπουργκερ. Η ταχύτητα πτώσης εξαρτάται από αυτό το σχήμα καθώς και από τη βαρύτητα και το πάχος του περιβάλλοντος αέρα.

Η ταχύτητα της εξάτμισης είναι πιο περίπλοκη και επηρεάζεται από τη σύνθεση της ατμόσφαιρας, της πίεσης, της θερμοκρασίας, της σχετικής υγρασίας κ.λπ.

Λαμβάνοντας υπόψη όλες αυτές τις ιδιότητες, οι Loftus και Wordsworth διαπίστωσαν ότι σε ένα ευρύ φάσμα πλανητικών συνθηκών, ο υπολογισμός της πτώσης των σταγόνων βροχής σημαίνει ότι ένα πολύ μικρό κλάσμα των πιθανών μεγεθών πτώσης στο σύννεφο θα μπορούσε να φτάσει στην επιφάνεια.

“Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτήν τη συμπεριφορά για να μας καθοδηγήσει ενώ μοντελοποιούμε κύκλους σύννεφων σε εξωπλανήτες”, δήλωσε ο Loftus.

“Οι γνώσεις που κερδίζουμε από το να σκεφτόμαστε σταγόνες βροχής και σύννεφα σε διαφορετικά περιβάλλοντα είναι βασικά για την κατανόηση της βιωσιμότητας των εξωπλανητών”, δήλωσε ο Wordsworth. «Μακροπρόθεσμα, μπορούν επίσης να μας βοηθήσουν να αποκτήσουμε μια βαθύτερη κατανόηση του ίδιου του κλίματος της Γης».

Η αναφορά: «Η φυσική των σταγόνων βροχής πέφτει σε διάφορες πλανητικές ατμόσφαιρες» από τους Caitlin Loftus και Robin D. Wordsworth, 15 Μαρτίου 2021 Πλανήτες JGR.
DOI: 10.1029 / 2020JE006653

Αυτή η έρευνα υποστηρίχθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών με επιχορήγηση AST-1847120.