Капли дождя на экзопланетах могут помочь идентифицировать пригодные для жизни планеты за пределами нашей солнечной системы

Однако понимание облаков и осадков важно для прогнозирования планетарного климата и интерпретации записей прошлых осадков, сохранившихся на поверхности Земли, Марса и Титана.

Капли дождя удивительно похожи на разных планетных средах, даже на таких кардинально разных планетах, как Земля и Юпитер.

Понимание поведения капель дождя на других планетах является ключом не только к раскрытию древнего климата на таких планетах, как Марс, но и к определению потенциально пригодных для жизни планет за пределами нашей солнечной системы.

«Жизненный цикл облаков действительно важен, когда мы думаем об обитаемости планет», – сказала Кейтлин Лофтус, аспирантка Департамента наук о Земле и планетах и ​​ведущий автор статьи.

«Но облака и осадки действительно сложны и слишком сложны, чтобы их можно было полностью смоделировать. Мы ищем более простые способы понять, как развиваются облака, и первый шаг – испаряются ли облачные капли в атмосфере или выпадают на поверхность в виде дождя ».

«Скромная капля дождя является жизненно важным компонентом цикла выпадения осадков на всех планетах», – сказал Робин Вордсворт, доцент кафедры экологических наук и инженерии Гарвардской школы инженерии и прикладных наук им. Джона А. Полсона (SEAS) и старший автор статьи. . «Если мы поймем, как ведут себя отдельные капли дождя, мы сможем лучше представить количество осадков в сложных климатических моделях».

Важным аспектом поведения капель дождя, по крайней мере для разработчиков климатических моделей, является то, попадает ли капля дождя на поверхность планеты, потому что вода в атмосфере играет большую роль в планетарном климате. С этой целью размер имеет значение. Слишком большая, и капля разобьется из-за недостаточного поверхностного натяжения, независимо от того, вода ли это, метан или перегретое жидкое железо, как на экзопланете под названием WASP-76b. Если слишком мало, капля испарится, прежде чем упадет на поверхность.

Лофтус и Вордсворт определили зону Златовласки по размеру капли дождя, используя всего три свойства: форму капли, скорость падения и скорость испарения.

Форма капель одинакова для разных дождевых материалов и в первую очередь зависит от того, насколько тяжелая капля. Хотя многие из нас могут представить себе традиционную каплю в форме слезы, капли дождя на самом деле имеют сферическую форму, когда они маленькие, они сжимаются по мере роста, пока не приобретут форму, напоминающую верхушку булочки для гамбургера. Скорость падения зависит от этой формы, а также от силы тяжести и толщины окружающего воздуха.

Скорость испарения более сложная, она зависит от состава атмосферы, давления, температуры, относительной влажности и т. Д. Принимая во внимание все эти свойства, Лофтус и Вордсворт обнаружили, что в широком диапазоне планетарных условий математика падения капли дождя означает, что только очень небольшая часть возможных размеров капель в облаке может достичь поверхности.

«Мы можем использовать это поведение, чтобы направлять нас при моделировании облачных циклов на экзопланетах», – сказал Лофтус.

«Понимание, которое мы получаем, размышляя о каплях дождя и облаках в различных средах, является ключом к пониманию обитаемости экзопланет», – сказал Вордсворт. «В долгосрочной перспективе они также могут помочь нам глубже понять климат самой Земли».