Опади на інших планетах

 https://universemagazine.com/wp-content/uploads/2018/10/zaglushka-e1538748301621.png
Володимир Манько

Наприкінці минулого року українці раділи атмосферним опадам у формі дрібнодисперсного твердого оксиду водню, викристалізованого з газової фази, тобто снігу. Зазвичай на переважній більшості територій вода падає на поверхню планети з атмосфери в рідкому стані — у вигляді дощу. В наші дні цей вид опадів є характерною рисою Землі, але у далекому минулому — Марсу, а можливо, й Венери. Якими ще можуть бути дощі на інших тілах Сонячної системи та за її межами?

Титан: метанові дощі

Єдиний відомий супутник планети, що має досить щільну газову оболонку — найбільший сатурніанський місяць Титан. Планетологи вже довели, що час від часу (залежно від сезону, повний цикл зміни яких на цьому супутнику, як і на Сатурні, триває 29,5 років) у його атмосфері згущуються хмари, що пізніше «проливаються» дощами, тільки складаються вони не з води, а з рідких вуглеводнів — метану та етану. Ця рідина кипить за температури приблизно -170°C і має густину менше ніж 0,5 г/см³. За наявності кисню — наприклад, на Землі — її можна було би використовувати як паливо.

В атмосфері Титану постійно присутній помаранчевий серпанок. Часом там утворюються хмари (що можуть вкривати до 8% поверхні цього супутника), які пізніше «проливаються» метаново-етановими дощами. Джерело: ESA

Вуглеводневі дощі живлять титаніанські річки та заповнюють озера, причому деякі з них за площею можуть перевищувати Великі озера Північної Америки. Цікаво, що базовою породою рельєфу Титану, замість силікатів і алюмосилікатів (характерних для планет земного типу), є водяний лід.

Венера: дощі з сірчаної кислоти

У деяких пустелях Землі часом спостерігається незвичне явище: дощ, який випаровується, не досягаючи поверхні. Це трапляється, коли нижні шари повітря нагріті більш ніж до 40°C.

На висоті менше 25 км атмосфера Венери відносно прозора — долітаючи до цієї відстані, краплі сірчаної кислоти, з яких складаються хмари планети, повністю випаровуються та розкладаються. Джерело: ESA

Венера — найближча до нас планета — являє собою вкрай негостинний світ. Приповерхневі шари її вуглекислотної атмосфери мають температуру приблизно +470°C. За таких умов сірчана кислота, з якої складаються щільні венеріанські хмари, «збирається» у достатньо великі краплі, вони починають свій шлях додолу, але, досягши відстані майже 25 км, розкладаються на водяну пару, сірчистий газ і кисень. Змішуючись у більш холодних і високих атмосферних шарах, ці гази реагують між собою і знов утворюють сірчану кислоту, після чого весь цикл повторюється. Втім, на Венері, як недавно з’ясувалося, падає не лише дощ, а й сніг — дивний чорний сніг, що складається з сульфідів свинцю та вісмуту.

Нептун: діамантовий сніг

Відома фраза про небо в діамантах може виявитися буденністю для найвіддаленішої від Сонця планети — Нептуна. Єдине уточнення: це «небо» розташоване на глибині приблизно 7000 км, що перевищує радіус Землі.

Можливий вигляд нептуніанських хмар. Джерело: NASA/JPL

Нептуніанська атмосфера на 80% складається з водню, на 19% — з гелію, і ще відсоток припадає на вуглеводні (переважно метан). Вона досить динамічна: у верхніх шарах спостерігаються вітри, швидкість яких перевищує 2000 км/год, що є рекордом для Сонячної системи. Вчені досі не розуміють, звідки береться енергія для «живлення» таких потужних атмосферних потоків. Можливо, вона надходить з надр планети, які можуть мати температуру, що сягає десятків тисяч градусів за Цельсієм. Але тоді на певній глибині мають скластися умови, за яких метан розкладається на водень і вуглець, причому останній виділяється у формі діамантового пилу.

Лабораторні експерименти в цілому підтверджують ці припущення. Вони також стосуються й інших  планет, що належать до класу «льодяних гігантів» — у першу чергу Урану. Судячи з усього, подібні діамантові дощі можуть бути досить розповсюдженим явищем у Всесвіті. Вчені вже знаходили в метеоритах мікроскопічні діаманти, які, найімовірніше, потрапили туди у результаті катастрофічних зіткнень екзопланет.

HD 189733b: небесне скло

Планетоподібний супутник зірки HD 189733 був відкритий ще 2005 року методом транзитів: наземні спостерігачі помітили, що кожні 2,2 доби він проходить по диску свого світила, блокуючи частину його випромінювання, що призводить до зниження його видимого блиску. Спектральні дослідження дозволили точніше встановити характеристики екзопланети та віднести її до категорії «гарячих юпітерів» (її маса перевищує масу Юпітера на 13%). У 2008 році за допомогою орбітального телескопа Hubble вдалося відзняти спектр її атмосфери, що складається в основному з азоту, метану та монооксиду вуглецю, й навіть зробити припущення щодо погодних умов на цьому небесному тілі.

Такий вигляд в уяві художника має екзопланета HD 189733b на тлі своєї центральної зірки. Джерело: NASA

В атмосфері HD 189733b, розігрітій більш ніж до 1000°C, вирують шалені вітри, що несуть із собою краплі розплавлених силікатів кальцію та магнію — на Землі найближчі за складом сполуки відомі нам як скло. Цікаво, що ця екзопланета, швидше за все, постійно обернена до своєї зірки одним боком. У такому разі на її освітленій півкулі йтиме скляний дощ, а на нічному боці випадатиме сніг із кристалічних силікатів.

OGLE-TR-56b: залізні опади

Першою екзопланетою, відкритою методом транзитів, була OGLE-TR-56b. Повідомлення про її можливе існування з’явилися ще в середині 2002 року. Майже 6 років вона тримала «рекорд швидкості» серед подібних об’єктів: на один оберт навколо своєї зірки їй потрібно всього 29 годин (а отже, це ще один типовий «гарячий юпітер»).

Розжарені хмари екзопланети OGLE-TR-56b. Джерело: ESO/M. Kornmesser

Зараз ми знаємо про цю планету досить багато — наприклад, те, що температура її постійно освітленої сторони сягає +2000°C. У таких умовах більшість металів не лише плавиться, але й випаровується. Це підтвердили спектральні дослідження, що виявили в атмосфері OGLE-TR-56b залізо у газоподібному стані. Над нічною півкулею планети воно, ймовірно, конденсується, утворюючи незвичайні залізні дощі.

HAT-P-7b: дощ із рідких сапфірів

Неважко зрозуміти, що найекзотичніші опади треба шукати саме на «гарячих юпітерах», які розташовані близько до своїх зірок. Тому ми не можемо оминути увагою цікавий об’єкт, що був відкритий 2008 року й отримав позначення HAT-P-7b. Це одна з найгарячіших екзопланет, відомих ученим: її рівноважна температура перевищує 2500°C. Такий стан є наслідком того, що вона обертається навколо гарячого світила спектрального класу F8 по орбіті радіусом 5,7 млн км — це лише у 15 разів більше середньої відстані між Землею та Місяцем.

HAT-P-7b (малюнок художника). Джерело: NASA

За масою HAT-P-7b у 16 разів перевищує нашу планету, тобто це радше не «гарячий юпітер», а «гарячий нептун». Спектральними методами в її атмосфері було виявлено оксид алюмінію — речовину, яка у твердому стані утворює мінерал корунд, а також рубін і сапфір, що належать уже до класу коштовного каміння. Власне, вчені ще не мають переконливих доказів того, що на цьому небесному тілі йдуть сапфірові дощі, але сама можливість інтригує.

Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!

Долучайтеся: https://t.me/ustmagazine