Осадки на других планетах

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

В конце прошлого года украинцы радовались атмосферным осадкам в форме мелкодисперсного твердого оксида водорода, кристаллизующегося из газовой фазы, то есть снега. Обычно на подавляющем большинстве территорий вода падает на поверхность нашей планеты из атмосферы в жидком состоянии — в виде дождя. В настоящее время этот вид осадков является характерной чертой Земли, но в далеком прошлом — также Марса, а возможно, и Венеры. Какими еще могут быть дожди на других телах Солнечной системы и за ее пределами?

Титан: метановые дожди

Единственный известный спутник планеты, имеющий достаточно плотную газовую оболочку — Титан, крупнейшая сатурнианская луна. Планетологи уже доказали, что время от времени (в зависимости от сезона, полный цикл смены которых на этом спутнике, как и на Сатурне, длится 29,5 лет) в его атмосфере сгущаются облака, позже «проливающиеся» дождями, только состоящими не из воды, а из жидких углеводородов — метана и этана. Эта жидкость кипит при температуре примерно -170°C и имеет плотность меньше 0,5 г/см³. В присутствии кислорода — например, на Земле — ее можно было бы использовать как горючее.

В атмосфере Титана постоянно присутствует оранжевая дымка. Иногда там образуются облака (которые могут укрывать до 8% поверхности этого спутника), позже «проливающиеся» метаново-этановыми дождями. Источник: ESA

Углеводородные дожди питают титанианские реки и заполняют озера, причем некоторые из них по площади могут превышать Большие озера Северной Америки. Интересно, что базовой породой рельефа Титана вместо силикатов и алюмосиликатов (характерных для планет земного типа) является водяной лед.

Венера: дожди из серной кислоты

В некоторых пустынях Земли иногда наблюдается необычное явление: дождь, который испаряется, не достигая поверхности. Это происходит, когда нижние слои воздуха нагреты более чем до 40°C.

На высоте менее 25 км атмосфера Венеры относительно прозрачна — долетая до этой высоты, капли серной кислоты, из которых состоят облака планеты, полностью испаряются и разлагаются. Источник: ESA

Венера — ближайшая к нам планета — представляет собой крайне негостеприимный мир. Приповерхностные слои ее углекислотной атмосферы имеют температуру около +470°C. В таких условиях серная кислота, из которой состоят плотные венерианские облака, «собирается» в достаточно крупные капли, они начинают свой путь вниз, но, достигнув высоты почти 25 км, разлагаются на водяной пар, сернистый газ и кислород. Смешиваясь в более холодных и высоких атмосферных слоях, эти газы реагируют между собой и снова образуют серную кислоту, после чего весь цикл повторяется. Впрочем, на Венере, как недавно выяснилось, идет не только дождь, но и снег — удивительный черный снег, состоящий из сульфидов свинца и висмута.

Нептун: бриллиантовый снег

Известная фраза про небо в алмазах может оказаться обыденностью для самой удаленной от Солнца планеты — Нептуна. Единственное уточнение: это небо расположено на глубине примерно 7000 км, что превышает радиус Земли.

Возможный вид нептунианских облаков. Источник: NASA/JPL

Нептунианская атмосфера на 80% состоит из водорода, на 19% — из гелия, и еще процент приходится на углеводороды (преимущественно метан). Она достаточно динамична: в ее верхних слоях наблюдаются ветра, скорость которых превышает 2000 км/ч, что является рекордом для Солнечной системы. Ученые до сих пор не понимают, откуда берется энергия для «разгона» таких мощных атмосферных потоков. Возможно, она поступает из недр планеты, потенциально имеющих температуру до десятков тысяч градусов по Цельсию. Но тогда на определенной глубине должны сложиться условия, при которых метан разлагается на водород и углерод, причем последний выделяется в форме бриллиантовой пыли.

Лабораторные эксперименты в целом подтверждают эти предположения. Они также касаются и других планет, принадлежащих к классу «ледяных гигантов» — в первую очередь Урана. Судя по всему, подобные бриллиантовые дожди могут быть достаточно распространенным явлением во Вселенной. Ученые уже находили в метеоритах микроскопические бриллианты, вероятнее всего, попавшие туда в результате катастрофических столкновений экзопланет.

HD 189733b: небесное стекло

Планетоподобный спутник звезды HD 189733 был открыт еще в 2005 году методом транзитов: наземные наблюдатели заметили, что каждые 2,2 дня он проходит по диску своего светила, блокируя часть его излучения, что приводит к снижению его видимого блеска. Спектральные исследования позволили более точно установить характеристики экзопланеты и отнести ее к категории «горячих юпитеров» (ее масса превышает массу Юпитера на 13%). В 2008 году с помощью орбитального телескопа Hubble удалось отснять спектр ее атмосферы, состоящий в основном из азота, метана и монооксида углерода, и даже сделать предположение относительно погодных условий на этом небесном теле.

Такой вид в представлении художника имеет экзопланета HD 189733b. Источник: NASA

В атмосфере HD 189733b, разогретой более чем до 1000°C, бушуют ураганные ветры, несущие с собой капли расплавленных силикатов кальция и магния — на Земле ближайшие по составу соединения известны нам как стекло. Интересно, что эта экзопланета, скорее всего, постоянно обращена к своей звезде одной стороной. В таком случае на ее освещенном полушарии будет идти стеклянный дождь, а на ночной стороне — выпадать снег из кристаллических силикатов.

OGLE-TR-56b: железные осадки

Первой экзопланетой, открытой методом транзитов, была OGLE-TR-56b. Сообщения о ее возможном существовании появились еще в середине 2002 года. Почти 6 лет она держала «рекорд скорости» среди подобных объектов: на один оборот вокруг своей звезды ей требуется всего 29 часов (а значит, это еще один типичный «горячий юпитер»).

Раскаленные облака экзопланеты OGLE-TR-56b. Источник: ESO/M. Kornmesser

Сейчас мы знаем об этой планете достаточно много — например, то, что температура ее постоянно освещенной стороны достигает +2000°C. В таких условиях большинство металлов не только плавится, но и испаряется. Это подтвердили спектральные исследования, обнаружившие в атмосфере OGLE-TR-56b железо в газообразном состоянии. Над ночным полушарием планеты оно, вероятно, конденсируется, образуя необычные железные дожди.

HAT-P-7b: дождь из жидких сапфиров

Несложно понять, что самые экзотические осадки нужно искать именно на «горячих юпитерах», расположенных близко к своим звездам. Поэтому мы не можем обойти вниманием интересный объект, открытый в 2008 году и получивший обозначение HAT-P-7b. Это одна из самых горячих экзопланет, известных ученым: ее равновесная температура превышает 2500°C. Такое состояние является следствием того, что она обращается вокруг горячего светила спектрального класса F8 по орбите радиусом 5,7 млн км — всего в 15 раз больше среднего расстояния между Землей и Луной.

HAT-P-7b в представлении художника. Источник: NASA

По массе HAT-P-7b в 16 раз превосходит нашу планету, то есть это скорее не «горячий юпитер», а «горячий нептун». Спектральными методами в ее атмосфере был обнаружен оксид алюминия — вещество, которое в твердом состоянии образует минерал корунд, а также рубин и сапфир, относящиеся уже к классу драгоценных камней. Собственно, ученые еще не имеют убедительных доказательств того, что на этом небесном теле идут сапфировые дожди, но сама возможность интригует.

Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine