Капли дождя на Земле состоят из воды, но в других мирах нашей солнечной системы осадки состоят из куда более экзотических смесей элементов. На Венере идет дождь из серной кислоты, на Юпитере идут гелиевые дожди и мягкий аммиачный град . На Марсе идет снег из углекислого газа или сухого льда. На луне Сатурна Титане, дождь состоит из метана или сжиженного природного газа. А на Нептуне, согласно гипотезам, дождь состоит из чистого углерода в виде алмазов. Если бы условия были подходящими, на некоторых планетах мог бы даже пойти дождь из железа или кварца.
Новое исследование, изучающее физику поведения жидких капель при падении из облаков, показывает, что только капли в облаках в ограниченном диапазоне размеров — от десятой доли миллиметра до нескольких миллиметров в радиусе — могут достигать поверхности каменистых планет в виде дождя. Это довольно узкий диапазон размеров, учитывая, что капли увеличиваются в объеме во время их образования внутри облака.
Результаты также показывают, что максимальный размер капель жидкости, выпадающих в виде дождя, одинаков в различных планетных условиях. Различные типы жидких капель будут примерно в полтора-шесть раз больше, чем водяной дождь на Земле, в зависимости от силы гравитационного притяжения планеты (чем сильнее гравитационное притяжение, тем меньше капли дождя).
В новом исследовании, возглавляемом Кейтлин Лофтус, планетологом из Гарвардского университета ученые использовали математические и физические принципы для моделирования того, как жидкие капли воды падают через атмосферы планет. Они хотели определить возможные диапазоны размеров капель, падающих из облака на поверхность планеты. Слишком большие капли дождя распадаются на более мелкие, а слишком маленькие капли дождя испаряются, прежде чем упадут на землю. Результатами работы они поделились на страницах журнала AGU's Journal of Geophysical Research: Planets.
Сначала ученые определили возможные диапазоны размеров водяных капель дождя на каменистых планетах, таких как Земля и Марс, с учетом атмосферных условий, таких как температура, давление воздуха, относительная влажность, расстояние от облака до земли и сила гравитационного притяжения планеты. Они обнаружили, что капли дождя с радиусом менее одной десятой миллиметра испаряются, прежде чем достигают поверхности, а капли дождя с радиусом более нескольких миллиметров при падении распадаются на более мелкие капли.
Затем они посмотрели, как капли дождя падают на гораздо более крупные планеты, такие как Юпитер и Сатурн, с совершенно разными атмосферами. Сравнивая современную Землю, древний Марс и эти более крупные планеты, они обнаружили, что капли дождя перемещают воду по воздуху аналогичным образом, хотя состав "воздуха" сильно варьируется между планетами.
Согласно расчетам исследователей, даже когда из разных жидкостей образуются капли дождя, эти инопланетные капли не так сильно отличаются от привычных водяных. Например, самые большие капли метанового дождя на Титане будут примерно в два раза больше водяного дождя на Земле.
Полученные данные помогут ученым лучше моделировать условия на других планетах, поскольку осадки являются ключевым компонентом климата и круговоротов питательных веществ на планете. Моделирование того, как могут выглядеть осадки в далеком мире, также может помочь исследователям интерпретировать наблюдения экзопланетных атмосфер, сделанные с помощью космических телескопов.