В тихий день легкий ветерок создает едва заметные волны на поверхности земного озера. Однако на Титане, самом крупном спутнике Сатурна, такой же слабый ветер способен поднять волны высотой до трех метров.
В своем недавнем исследовании специалисты Массачусетского технологического института (MIT) разработали модель под названием PlanetWaves. С ее помощью можно прогнозировать поведение волн на планетах, где могут находиться жидкие озера и океаны — включая Титан, древний Марс и три планеты за пределами Солнечной системы.
«На Земле мы привыкли к определенной динамике волн, — говорит соавтор исследования, научный сотрудник Вудс-Холского океанографического института Эндрю Эштон. — Но с этой моделью мы можем увидеть, как волны реагируют на планетах с другими жидкостями, атмосферами и гравитацией, что может бросить вызов нашей интуиции».
Особый интерес представляет Титан — единственное кроме Земли небесное тело в Солнечной системе, где в настоящее время есть жидкие озера. Однако они не состоят из воды, а из легких жидких углеводородов — метана и этана. «Где бы ни была жидкая поверхность и ветер над ней, существует потенциал для образования волн», — отмечает профессор наук о Земле, атмосфере и планетах в MIT Тейлор Перрон.
Ранее существовавшие модели учитывали только гравитацию. Новая модель также принимает во внимание плотность жидкости, ее вязкость, поверхностное натяжение и атмосферное давление планеты. Сначала модель была протестирована на данных озера Верхнее, собранных за 20 лет с помощью буев. Она точно предсказала необходимую скорость ветра для генерации волн и высоту, которую они достигнут.
Применив модель к Титану, ученые выяснили, что создание волн там удивительно просто. Относительная легкость жидкости в сочетании с низкой гравитацией и атмосферным давлением означает, что даже слабый ветер может вызывать значительные волны. «Сторонний наблюдатель увидел бы высокие волны, движущиеся как будто в замедленной съемке, — описывает соавтор работы Уна Шнек. — Если бы вы находились на берегу, то ощутили бы лишь легкий бриз, но увидели бы огромные волны, идущие к вам — на Земле такого не наблюдается».
За пределами Солнечной системы PlanetWaves была протестирована на трех экзопланетах. Для «холодной суперземли» LHS 1140b с большими запасами воды, но более сильной гравитацией, модель показала, что при «земной» скорости ветра волны там будут значительно меньше, чем на нашей планете. На Kepler 1649b — планете, напоминающей Венеру и имеющей озера серной кислоты, плотность которой примерно вдвое больше воды, даже сильный ветер едва «пошевелит» поверхность. Еще более экстремальный случай — 55 Cancri e, лавовый мир с океанами расплавленной породы. По расчетам, ураган земной силы (около 130 км/ч) поднимет волны всего на несколько сантиметров: высокая гравитация и вязкая, плотная «жидкость» подавляют практически любые колебания.
Физика волн имеет значение не только для живописных картинок инопланетных пляжей. На Земле волны формируют береговую линию, переносят осадки, создают и разрушают дельты рек. Новая модель откроет тайны ландшафта других планет и может быть полезной для проектирования зондов, предназначенных для их изучения.
Фото: hi-tech.mail.ru