Алмазные, железные и метановые дожди: какие осадки выпадают на других планетах

Дождь — явление, характерное не только для Земли. Однако условия на других небесных телах могут порождать осадки, совершенно не похожие на те, с которыми когда-либо сталкивался человек.

На Венере идут дожди из серной кислоты

На Венере наблюдаются одни из самых суровых погодных условий в Солнечной системе. Над ее вулканическими ландшафтами простираются плотные облака серной кислоты, из которых выпадают капли чрезвычайно едкой жидкости. Однако, в отличие от земного дождя, эти капли никогда не достигают поверхности планеты.

Причина заключается в экстремально высокой температуре на Венере. Средняя температура у ее поверхности составляет около 465°C, что делает эту планету самой горячей в Солнечной системе. Опускаясь из облаков, капли серной кислоты попадают в слои атмосферы, где воздух становится все горячее. В конце концов они испаряются и распадаются на газы, которые могут вновь подняться в атмосферу и участвовать в образовании кислотных облаков.

Таким образом, на Венере существует необычная разновидность дождя, который исчезает, не долетев до поверхности. Несмотря на атмосферу, насыщенную каплями жидкой кислоты, сама планета остается абсолютно сухой.

Марс: пустынная планета с влажным прошлым

Сегодня на Марсе не бывает дождей из жидкой воды, однако там выпадает снег. Некоторые марсианские снегопады состоят из замерзшего углекислого газа — того самого вещества, из которого на Земле производят сухой лед. Вблизи марсианских полюсов температура может опускаться ниже −123°C. При таких условиях углекислый газ в атмосфере замерзает, превращаясь в мельчайшие ледяные частицы. Орбитальный аппарат Mars Reconnaissance Orbiter обнаружил облака углекислотного снега, а также свидетельства снегопадов, достигающих поверхности южной полярной области планеты.

На Марсе выпадает и снег из водяного льда. В 2008 году посадочный аппарат Phoenix обнаружил кристаллы льда, падавшие из облаков на высоте около четырех километров над местом его посадки. Однако снег испарился, превратившись непосредственно в водяной пар, еще до того, как достиг поверхности.

С дождями из жидкой воды все гораздо сложнее. Атмосферное давление на Марсе составляет менее 1% от земного, поэтому сегодня жидкая вода практически не может сохраняться на поверхности планеты в стабильном состоянии. Тем не менее на Марсе сохранились многочисленные свидетельства того, что в далеком прошлом он был гораздо более влажным миром. Миллиарды лет назад вода текла по долинам, заполняла озера и прорезала русла в марсианском рельефе. Некоторые ученые считают, что в формировании этих ландшафтов участвовали дожди, хотя относительная роль осадков, таяния снега и других источников воды до сих пор остается предметом дискуссий.

На Юпитере выпадает аммиачный град

Юпитер знаменит своими гигантскими атмосферными вихрями, в том числе Большим Красным Пятном — штормовой системой, превосходящей по размерам Землю. Однако осадки на этой планете могут быть не менее необычными, чем ее мощные ветры.

Космический аппарат Juno обнаружил молнии в верхних слоях атмосферы Юпитера, где температура слишком низка для существования обычных облаков из жидкой воды. Исследователи полагают, что в этих грозовых системах взаимодействуют вода и аммиак — химическое соединение, способное выполнять роль своеобразного антифриза.

Мощные грозовые потоки поднимают кристаллы водяного льда вверх, где те сталкиваются с газообразным аммиаком. Он понижает температуру замерзания воды, благодаря чему даже при температуре ниже −84°C могут образовываться капли жидкости. Соединяясь с частицами льда, они, вероятно, формируют своеобразные рыхлые градины, получившие название «снежные шары».

По мере увеличения размеров такие градины становятся слишком тяжелыми, чтобы восходящие потоки воздуха могли удерживать их. Тогда они устремляются в более глубокие слои атмосферы Юпитера, увлекая за собой аммиак и воду, а затем испаряются под воздействием возрастающей температуры.

В отличие от земного града, этим ледяным образованиям не обо что ударяться при падении: под ними нет твердой поверхности. Вместо этого они могут преодолевать огромные толщи газовой атмосферы, исчезая задолго до того, как достигнут внутренних областей планеты.

На Сатурне глубоко внутри идут гелиевые дожди

На Сатурне, возможно, существует разновидность дождя, которую невозможно заметить, наблюдая за его знаменитыми золотистыми облаками. Предполагается, что эти осадки образуются не в верхних слоях атмосферы, а глубоко внутри планеты.

Сатурн состоит преимущественно из водорода и гелия. Глубоко под облаками колоссальное давление сжимает водород, переводя его в плотное жидкое состояние. При определенных условиях, как полагают ученые, гелий отделяется от водорода и образует капли, которые постепенно опускаются в недра планеты. Этот процесс отчасти напоминает разделение масла и воды, только происходит при давлении, в миллионы раз превышающем земное атмосферное.

Ученые предполагают, что гелиевые дожди помогают объяснить, почему Сатурн выделяет больше внутреннего тепла, чем предсказывают традиционные модели его остывания. Опускаясь в глубины планеты, капли гелия высвобождают гравитационную энергию, которая способствует ее нагреву.

Аналогичный процесс может происходить и на Юпитере. Автоматическая межпланетная станция Galileo обнаружила в его атмосфере неожиданно низкое содержание гелия и неона. Одним из возможных объяснений считается концентрация этих элементов в опускающихся каплях гелия.

Несмотря на то что лабораторные эксперименты и компьютерное моделирование дали ученым подтверждающие результаты, непосредственно наблюдать гелиевые дожди внутри Сатурна или Юпитера пока никому не удалось.

На Уране и Нептуне могут выпадать алмазные осадки

Уран и Нептун, возможно, отличаются самыми ценными осадками во всей Солнечной системе. На глубине тысяч километров под голубыми облачными слоями этих планет экстремальные температура и давление способны превращать соединения углерода в алмазы.

В атмосфере обеих планет присутствует метан — газ, состоящий из углерода и водорода и придающий им характерную голубую окраску. Глубоко внутри этих миров температура достигает нескольких тысяч градусов, а колоссальное давление меняет свойства привычных веществ.

В таких условиях молекулы, содержащие углерод, могут распадаться, высвобождая атомы, которые затем объединяются в твердые кристаллы алмаза. Поскольку плотность алмаза выше плотности окружающего вещества, образовавшиеся кристаллы должны постепенно опускаться в более глубокие слои планет. Этот процесс получил название «алмазный дождь». Впрочем, алмазы здесь не падают из обычных облаков, как капли земного дождя.

В 2017 году исследователи из Национальной ускорительной лаборатории SLAC воспроизвели некоторые из предполагаемых условий, используя мощные лазеры для создания ударных волн в пластике. Ученые наблюдали образование мельчайших алмазов под воздействием чрезвычайно высокого давления. Экспериментальные результаты подтвердили, что подобный процесс может происходить внутри ледяных гигантов.

Дополнительные эксперименты, результаты которых были опубликованы в 2024 году, показали, что алмазы могут образовываться на меньшей глубине, чем считалось ранее. Исследователи также предположили, что опускающиеся кристаллы могут влиять на необычные магнитные поля Урана и Нептуна, способствуя движению вещества в недрах этих планет.

Непосредственно наблюдать алмазные дожди ни на Уране, ни на Нептуне пока не удалось. Неизвестны и точные размеры и количество образующихся кристаллов. Тем не менее лабораторные эксперименты подтверждают вероятность того, что в недрах этих далеких миров формируются огромные массы алмазов, которые медленно опускаются все глубже.

На Титане идут метановые дожди

Титан, крупнейший спутник Сатурна, — одно из немногих мест в Солнечной системе, где осадки достигают поверхности и собираются в реки, озера и моря. Однако титановские дожди состоят не из воды, а преимущественно из жидкого метана — вещества, которое на Земле используется в качестве топлива.

Средняя температура на поверхности Титана составляет около −179°C. При таких условиях вода существует в твердом состоянии, напоминая по своим свойствам камень, тогда как метан может оставаться жидким.

На спутнике действует погодный цикл, удивительно похожий на земной. Метан испаряется с поверхности озер и морей, конденсируется в облаках, а затем выпадает в виде дождя. Жидкость собирается на поверхности, течет по руслам и вновь попадает в крупные водоемы, состоящие из метана и этана.

Плотная атмосфера Титана и низкая сила тяжести также влияют на характер осадков. Согласно научным моделям, капли метана могут достигать размеров, превышающих размеры типичных земных дождевых капель, и падать значительно медленнее. Интенсивность осадков зависит от региона и времени года. В некоторых экваториальных районах спутника подолгу сохраняется засушливая погода, тогда как мощные ливни способны вызывать обширные наводнения.

WASP-76b: далекая планета, где могут идти железные дожди

На расстоянии около 640 световых лет от Земли астрономы обнаружили планету, где температура настолько высока, что железо может переходить в газообразное состояние. Этот огромный газовый гигант получил обозначение WASP-76b. Он обращается настолько близко к своей звезде, что одна его сторона постоянно обращена к раскаленному светилу.

На дневной стороне планеты температура может превышать 2400°C. При таких условиях металлы, в том числе железо, способны существовать в атмосфере в виде пара.

Мощные ветры переносят часть железных паров на более холодную ночную сторону планеты. Там температура достаточно низкая, чтобы пар конденсировался и, возможно, образовывал капли жидкого железа, которые затем опускаются в более глубокие слои атмосферы.

Астрономы, использовавшие Очень большой телескоп Европейской южной обсерватории, обнаружили свидетельства в пользу такого процесса. Они зафиксировали присутствие паров железа вблизи вечернего терминатора планеты — границы между освещенной и темной сторонами, — но обнаружили значительно меньше железа в районе утреннего терминатора. Это позволяет предположить, что по мере перемещения воздушных масс через ночную сторону железо конденсируется.

Сам железный дождь непосредственно наблюдать пока не удалось. Тем не менее возможность его существования наглядно демонстрирует, насколько необычными могут быть погодные явления в условиях экстремальных температур на других планетах.

WASP-76b — лишь одна из тысяч планет, обнаруженных за пределами Солнечной системы. По мере изучения атмосфер все более далеких миров астрономы могут находить и другие, совершенно незнакомые нам виды осадков. Пока же самые необычные погодные явления, вероятно, скрываются глубоко под облаками таких планет, как Нептун, где алмазы могут падать сквозь толщи вещества, до которых еще не добрался ни один космический аппарат.

Закладка

Скопировать ссылку

Email

Печать

Twitter

VK

Telegram