Na Titanu, največji Saturnovi luni, redno dežuje. Tako kot pri Zemlji so tudi ti deževji posledica izhlapevanja tekočine na površini, kondenzacije na nebu in padanja nazaj na površje kot padavine. Na Zemlji je to znano kot hidrološki (ali vodni) cikel, ki je nepogrešljiv del našega podnebja. V primeru Titana so vsi enaki koraki, vendar se izmenjuje metan in ne voda.
V zadnjih letih so znanstveniki našli dokaze o podobnih vzorcih, ki vključujejo eksoplanete, z vsem, od staljene kovine do dežja lave! To postavlja vprašanje, kako eksotično je lahko deževje na tujih svetovih. Nedavno je skupina raziskovalcev z univerze Havard opravil študijo kjer so raziskovali, kako bi se dež razlikoval v raznolikem naboru zunajsončnih planetarnih okolij.
To raziskavo je izvedla Kaitlyn Loftus , dr. študent s Harvarda Oddelek za vede o Zemlji in planetu . Njen nadzorni profesor (in soavtor študije) je bil Robin D. Wordsworth, ki vodi Wordsworthova raziskovalna skupina za planetarno podnebje in atmosfersko evolucijo na Harvardu Šola za inženirstvo in uporabne znanosti (MORJA).
Kamnine, ki jih vidimo tukaj ob obali jezera Salda v Turčiji, so sčasoma oblikovali mikrobi, ki ujamejo minerale in usedline v vodi. Zasluge: NASA/JPL-Caltech
Raziskave padavin in zapisov o preteklih padavinah na Zemlji so znanstvenike veliko naučile o dinamični naravi njenega podnebja. Na žalost te iste raziskave še niso možne z eksoplaneti, kar preprečuje znanstvenikom, da bi lahko postavili strožje omejitve na njihovo potencialno bivalnost. Vendar pa je znanje o teh razmerah na Zemlji znanstvenikom pomagalo napovedati planetarna podnebja Mars in Titan.
Loftus in Wordsworth sta zaradi svoje študije preučila, kako bi to lahko uporabili tudi za eksoplanete. Kot je Loftus pojasnil za Universe Today po e-pošti:
»Ključna komponenta bivalnosti je podnebje (da bi preizkusili, ali planet lahko podpira tekočo površinsko vodo). Glavni dejavnik negotovosti pri razumevanju podnebja v različnih planetarnih okoljih (tudi, recimo, trenutni prehod sodobne Zemlje na višje ravni CO2) je, kako se oblaki obnašajo. Padavine so ključni način, kako oblaki »umirajo«, zato nam lahko razumevanje delovanja padavin pomaga omejiti obnašanje oblakov in sčasoma bolje napovedati planetarno podnebje.
'Padavine poleg tega pomagajo nadzorovati, koliko vode ostane v ozračju. Ker je vodna para zelo dober toplogredni plin, lahko to uravnoteženje količine vode v ozračju vpliva tudi na podnebje...Nazadnje so padavine bistvena sestavina mehanizma negativnih povratnih informacij za stabilizacijo planetarnega podnebja (karbonat-silikatni cikel), ki je podlaga koncepta »bivalnega območja« eksoplaneta.
Exoplanet Kepler 62f bi potreboval ozračje, bogato z ogljikovim dioksidom, da bi bila voda v tekoči obliki. Umetnikova ilustracija: NASA Ames/JPL-Caltech/T. Pyle
To znanje bo bistveno, je dodal Loftus, ko se bodo teleskopi naslednje generacije pridružili iskanju potencialno bivalnih eksoplanetov. V prihodnjih letih bodo astronomi in astrobiologi lahko izvajali neposredne slikovne študije atmosfere eksoplanetov. Če imamo vzpostavljene modele, ki predvidevajo, kako se oblaki in vodna para obnašajo na teh planetih, bo veliko pripomoglo k merjenju njihove bivalnosti.
Čeprav je napovedovanje vzorcev padavin oddaljenega eksoplaneta zelo težko, je ena komponenta, ki jo je mogoče zlahka razumeti, obnašanje posameznih dežnih kapljic. Glede na to, da vsako dežno kapljico, ki pade iz oblaka, ureja kombinacija dinamike tekočin, termodinamike in atmosferskih razmer, lahko njihova študija razkrije veliko o podnebju planeta.
Loftus in prof. Wordsworth sta nadaljevala s prikazom, kako je mogoče izračunati tri ključne lastnosti na podlagi treh ključnih lastnosti: njihove oblike, hitrosti padanja in hitrosti izhlapevanja. Loftus je rekel:
»Oblaki in padavine so zelo odvisni od tega, kaj se dogaja na zelo majhnih lestvicah (kaplje oblaka/dežne kapljice ~mikroni-milimetri), srednjih lestvicah (oblaki, kilometri-10s kilometrov) in zelo velikih lestvicah (planetarni vodni proračuni) . Natančna predstavitev vseh teh lestvic v enem samem modelu ni vodljiva s sodobnimi (ali v bližnji prihodnosti) računalniki.'
Umetniška ilustracija eksoplaneta HR8799e. ESO-jev instrument GRAVITY je na svojem zelo velikem teleskopskem interferometru opravil prvo neposredno optično opazovanje tega planeta in njegove atmosfere. Zasluge slike: ESO/L. Calçada
'Poskušamo uporabiti najpreprostejšo in najbolje razumljeno komponento vodnega cikla - dežne kaplje pod oblakom -, da omejimo, kaj je 'pomembno' med vso zapletenostjo,' je dodala. Pomemben je vsekakor subjektiven izraz, vendar v tem primeru vključuje sledenje, koliko atmosferske vodne pare bo dokončno postalo voda na površini – ključna zahteva za obstoj življenja, kot ga poznamo.
Iz teh treh lastnosti so lahko dobili preprost izraz za razlago obnašanja dežnih kapljic iz bolj zapletenih enačb. Na koncu so ugotovili, da (v širokem razponu planetarnih razmer) lahko površje dosežejo le dežne kaplje v razmeroma ozkem razponu velikosti. Kot je navedel Loftus, bi njihove raziskave lahko v prihodnosti omogočile izboljšane predstavitve padavin v zapletenih podnebnih modelih:
»Trenutno je veliko tega, kar razumemo o delovanju oblakov in padavin v večjem podnebnem sistemu, odvisno od tega, kar vidimo (in smo videli) na Zemlji. Vendar pa to pušča veliko negotovosti glede tega, kako veljavno je prenesti takšne empirizme na režime, kjer je veliko fizičnih pogojev drugačnih.
»[S]torej obstaja veliko velikih vprašajev, ki obkrožajo vsa nesodobna vprašanja o Zemlji, ki so odvisna od obnašanja oblakov/padavin. To delo poskuša počasi zgraditi zmogljivost za razvoj teoretično utemeljenih pričakovanj o tem, kako naj bi se oblaki in padavine obnašali zunaj sodobne Zemlje, in na koncu postaviti boljše omejitve na te velike vprašaje.
Nasin teleskop James Webb, prikazan v konceptu tega umetnika, bo zagotovil več informacij o predhodno odkritih eksoplanetih. Po letu 2020 se pričakuje, da bo veliko več vesoljskih teleskopov naslednje generacije temeljilo na tem, kar odkrije. Zasluge: NASA
To bo zelo prav prišlo, ko bo Vesoljski teleskop James Webb začela 31. oktobrast, 2021. S svojo napredno zbirko infrardečih instrumentov in spektrometrov jeJames Webbbo lahko preučeval atmosfero eksoplanetov manjših mas, ki krožijo bližje svojim zvezdam – torej tam, kjer najverjetneje prebivajo potencialno bivalni kamniti planeti.
To bo znanstvenikom omogočilo določitev kemične sestave atmosfere teh planetov, ki lahko vključuje vodno paro in druge kontrolne 'biopodpise'. Drugi teleskopi, kot so ESO Izjemno velik teleskop (ELT), Velikanski Magellanov teleskop (GMT) in Rimski vesoljski teleskop Nancy Grace bo lahko izvajal podobne neposredne slikovne študije eksoplanetov.
Ti instrumenti bodo omogočili ravni karakterizacije eksoplanetov brez primere, v kar so se v zadnjih letih prehajale študije eksoplanetov. Z več kot 4000 potrjenimi eksoplaneti, ki so na voljo za študij, astronomi niso več osredotočeni izključno na iskanje obetavnih kandidatov za študij. V tem trenutku gre za ugotovitev, kateri od teh kandidatov izpolnjuje zahteve za življenje!
Rezultati so bili objavljeni v prispevku z naslovom » Fizika padajočih dežnih kapljic v različnih planetarnih atmosferah ,” ki se je pred kratkim pojavil na spletu in je bil predložen v objavo na Časopis za geofizične raziskave: Planeti .
Nadaljnje branje: arXiv
Naslov glavne slike:Umetnikov vtis sončnega zahoda, videnega s površine Zemlji podobnega eksoplaneta. Zasluge: ESO/L. Calçada
