Представьте зеркальную гладь озера, которой чуть касается дуновение ветра. На Земле это вызвало бы лишь мелкую рябь, но на крупнейшем спутнике Сатурна, Титане, такой же слабый бриз способен поднять трехметровые волны. Это происходит из-за сочетания низкой гравитации, атмосферного давления и свойств местных жидкостей.
На озерах спутника Сатурна Титана бывают штормы с волнами до 3 метров
Ученые из Массачусетского технологического института разработали модель PlanetWaves, позволяющую предсказать поведение волн на других планетах. Исследователи проанализировали динамику жидкостей на Титане, древнем Марсе и экзопланетах, учитывая гравитацию, состав морей и плотность атмосферы для оценки эрозии берегов и проектирования будущих зондов.
Озеро на Титане — отличное место для посадки, но необходимо учитывать сильное волнение. NASA/JPL
Моря на других планетах. Вязкость жидкости играет не меньшую роль, чем сила тяжести. На экзопланетах типа «Венеры» с озерами из серной кислоты жидкость в два раза плотнее земной воды. Из-за этого поверхность остается гладкой там, где на Земле уже бушевал бы шторм. Модель PlanetWaves учитывает поверхностное натяжение — силу, которая сопротивляется возникновению первой мелкой ряби, позволяя ученым понять, насколько «ленивым» или «активным» будет инопланетный океан.
Легкий ветер, который на Земле вызвал бы небольшую рябь на озере (справа), на Титане — крупнейшем спутнике Сатурна — вызвал бы большие волны (слева). На этих изображениях масштабная линейка указана в метрах.
Жидкие углеводороды, такие как метан и этан, наполняющие полярные моря Титана, значительно легче воды. Новая математическая модель, протестированная на данных Великих озер Земли, показала, что энергетический порог для образования волн там гораздо ниже. Если бы человек стоял на берегу такого метанового моря, он ощутил бы лишь легкий бриз, но увидел бы перед собой огромные валы. Работа опубликована в журнале Journal of Geophysical Research: Planets.
Другие миры и стойкость техники
Озера в Солнечной системе: в прошлом и настоящем. (a) Озеро Онтарио, Титан. Озеро из жидких углеводородов, снятое радиолокатором с синтезированной апертурой «Кассини» (b) Кратер Джезеро, предположительно бывшее кратерное озеро с жидкой водой, Марс. Мозаика цифровой модели рельефа (DTM), составленная с помощью камеры Context Camera (CTX) и научного эксперимента по высокоразрешающей съемке (HiRISE). (c) Озеро Верхнее, Земля. Мозаика (2017–2020) изображений без облаков в RGB-диапазонах, полученных с помощью Sentinel-2.
Понимание волновой активности критически важно для будущих космических миссий. Соавтор работы Уна Шнек отмечает: «Если бы люди когда-нибудь отправили зонд к озерам Титана, наша модель могла бы лечь в основу проектирования устойчивых к волнам аппаратов. Вам захочется построить нечто, способное противостоять энергии волн, поэтому важно знать, с чем именно столкнутся аппараты». Эти знания помогут инженерам рассчитать нагрузку на обшивку и плавучесть модулей.
Исследователи также заглянули в прошлое Марса и на далекие экзопланеты. Выяснилось, что на Красной планете по мере исчезновения атмосферы для создания волн требовался все более сильный ветер. А на экзопланете 55 Cancri e, покрытой океанами расплавленной лавы, даже ураган едва ли сможет всколыхнуть тяжелую и вязкую поверхность.
Отсутствие привычных нам речных дельт на Титане может быть напрямую связано с постоянным волновым воздействием, которое попросту размывает наносы песка и осадочных пород. Таким образом, волны выступают мощным инструментом, формирующим облик ландшафтов в самых разных уголках космоса.