Jak zachowują się fale w cieczach na różnych planetach i księżycach? Niekoniecznie tak samo jak na Ziemi. Naukowcy opracowali model i sprawdzili, jak by to wyglądało na Tytanie, dawnym Marsie i kilku planetach pozasłonecznych.
Model nazwany PlanetWaves został opracowany przez naukowców z Massachusetts Institute of Technology (MIT). Jego celem jest przewidzenie, jak zachowują się fale na jeziorach czy morzach różnych obiektów planetarnych. Wszędzie tam, gdzie występują powierzchnie cieczy i wiatry, mogą powstawać fale, ale w zależności od tego, z jaką cieczą, atmosferą i siłą grawitacji mamy do czynienia, efekty mogą być różne (i odmienne od tych, które znamy z Ziemi).
Wcześniejsze badania tego zagadnienia zwykle oceniały wpływ grawitacji, ale pomijały inne istotne czynniki. Dlatego nowy model, poza grawitacją, uwzględnia w obliczeniach także gęstość cieczy, jej lepkość, napięcie powierzchniowe, odporność na powstawanie fal, ciśnienie atmosferyczne.
Model przetestowano najpierw na rzeczywistych danych z Ziemi. W tym celu wykorzystano pomiary fal z 20 lat, wykonywane przez boje na Jeziorze Górnym, które jest jednym z pięciu Wielkich Jezior Ameryki Północnej. Okazało się, że model poprawnie przewiduje wysokość fal przy danej prędkości wiatru.
Kolejnym etapem było sprawdzenie warunków na Tytanie, największym księżycu Saturna, który ma gęstą atmosferę, a na swojej powierzchni jeziora z ciekłego metanu. Model pokazał, że na Tytanie nawet lekki wiatr może wywołać duże fale. Powodem jest względnie lekka ciecz, słaba grawitacja i ciśnienie atmosferyczne. Jako przykład wskazano, że dla wiatru o prędkości 4 metrów na sekundę (14 kilometrów na godzinę) na Tytanie fale miałyby aż 3,3 metra wysokości. Tymczasem na Ziemi przy takim wietrze możemy liczyć na fale wysokie na 20 centymetrów.
Naukowcy przypuszczają, że na Marsie kiedyś była woda, zanim atmosfera uległa istotnemu rozproszeniu i woda wyparowała. Fala na marsjańskich morzach czy oceanach mogła być o kilka, a nawet o kilkanaście metrów wyższa niż fala ziemska przy danej prędkości wiatru. Dokładne wartości zależą od ciśnienia atmosferycznego, które zmieniało się w historii Marsa.
Kolejnym etapem analiz było sprawdzenie fal w warunkach trzech różnych egzoplanet. Wybrano chłodną superziemię LHS 1140 b, podobną do Wenus planetę Kepler 1649 b oraz piekielny lawowy świat 55 Cancri e. LHS 1140 b to planeta chłodniejsza i większa od Ziemi, prawdopodobnie mająca na swojej powierzchni wodę. W jej przypadku wiatr generowałby zdecydowanie mniejsze fale niż na Ziemi, ze względu na większą grawitację. Kepler 1649 b ma z kolei grawitację zbliżoną do ziemskiej, za to na jego powierzchni są przypuszczalnie jeziora kwasu siarkowego, czyli substancji o około dwukrotnie razy większej gęstości niż woda. Tak więc potrzeba silnego wiatru, aby wywołać fale na Keplerze 1649 b. 55 Cancri e ma znacznie większą grawitację niż Ziemia, a na dodatek cieczą na jego powierzchni są stopione skały, czyli materiał dużo gęstszy i bardziej lepki niż woda. Tutaj, aby wygenerować fale o wysokości kilku centymetrów, potrzebny był huragan wiejący z prędkością 130 kilometrów na godzinę.
Więcej informacji:
Autor: Krzysztof Czart
Źródło: MIT
Na ilustracji: wizualizacja porównująca wielkość fal na Tytanie (po lewej) i na Ziemi (po prawej) przy tej samej sile wiatru. Źródło: MIT
