Cum legile fizicii constrâng dimensiunea picăturilor de ploaie extraterestre

Indiferent dacă sunt făcute din metan pe luna lui Saturn, Titan sau din fier pe exoplaneta WASP 76b, picăturile de ploaie extraterestre se comportă în mod similar pe Calea Lactee. Ele sunt întotdeauna aproape de aceeași dimensiune, indiferent de lichidul din care sunt făcute sau de atmosfera în care cad, conform primului model fizic generalizat al ploii extraterestre.

„Puteți scoate picături de ploaie din o mulțime de lucruri”, spune planetarist Kaitlyn Loftus de la Universitatea Harvard, care a publicat noi ecuații pentru ceea ce se întâmplă cu o picătură de ploaie care cade după ce a lăsat un nor în aprilie. Journal of Geophysical Research: Planets. Studiile anterioare au analizat ploaia în cazuri specifice, cum ar fi ciclul apei de pe Pământ sau ploaia de metan pe luna lui Saturn Titan (SN: 3/12/15). Dar acesta este primul studiu care ia în considerare ploaia făcută din orice lichid.

„Ei propun ceva care poate fi aplicat oricărei planete”, spune astronomul Tristan Guillot de la Observatorul Coastei de Azur din Nisa, Franța. „Este foarte tare, pentru că este ceva necesar, într-adevăr, pentru a înțelege ce se întâmplă” în atmosferele altor lumi.

Înțelegerea modului în care se formează norii și precipitațiile sunt importante pentru înțelegerea climei unei alte lumi. Acoperirea norilor poate încălzi sau răci suprafața unei planete, iar picăturile de ploaie ajută la transportul elementelor chimice și a energiei în jurul atmosferei.

Norii sunt complicati (SN: 3/5/21). În ciuda multor date despre norii pământești, oamenii de știință nu prea înțeleg cum cresc și evoluează aceștia.

Picăturile de ploaie, totuși, sunt guvernate de câteva legi fizice simple. Picăturile de lichid care cădeau tind să adopte forme similare, indiferent de proprietățile lichidului. Rata cu care picătura respectivă se evaporă este stabilită de suprafața sa.

„Aceasta este practic mecanica fluidelor și termodinamică, pe care le înțelegem foarte bine”, spune Loftus.

Ea și planetarul de la Harvard Robin Wordsworth au considerat ploaia într-o varietate de forme diferite, inclusiv apa de pe Pământul timpuriu, Marte antic și o exoplanetă gazoasă numită K2 18b care poate găzdui nori de vapori de apă (SN: 9/11/19). Perechea a luat în considerare, de asemenea, ploaia de metan a lui Titan, „globulele” de amoniac de pe Jupiter și ploaia de fier pe exoplaneta gigantică gazoasă WASP 76b (SN: 3/11/20). „Toți acești condensabili diferiți se comportă în mod similar, [because] sunt guvernate de ecuații similare”, spune ea.

Echipa a descoperit că lumile cu gravitație mai mare tind să producă picături de ploaie mai mici. Totuși, toate picăturile de ploaie studiate se încadrează într-un interval de dimensiuni destul de îngust, de la aproximativ o zecime de milimetru până la câțiva milimetri în rază. Mult mai mare decât atât, iar picăturile de ploaie se rup pe măsură ce cad, au descoperit Loftus și Wordsworth. Mult mai mici și se vor evapora înainte de a ajunge la pământ (pentru planetele care au o suprafață solidă), păstrându-și umiditatea în atmosferă.

În cele din urmă, cercetătorii ar dori să extindă studiul la precipitații solide, cum ar fi fulgi de zăpadă și grindină, deși matematica acolo va fi mai complicată. „Acea zicală potrivit căreia fiecare fulg de zăpadă este unic este adevărat”, spune Loftus.

Lucrarea este un prim pas către înțelegerea precipitațiilor în general, spune astronomul Björn Benneke de la Universitatea din Montreal, care a descoperit vapori de apă în atmosfera K2 18b, dar nu a fost implicat în noul studiu. „Pentru asta ne străduim cu toții”, spune el. „Pentru a dezvolta un fel de înțelegere globală a modului în care funcționează atmosferele și planetele, și nu doar să fie complet centrat pe Pământ.”