В озерах Титана легкий ветер поднимает трехметровые волны, считают ученые

Легкий ветерок, который на Земле едва тронул бы водную гладь, в озерах Титана поднимет трехметровые волны. Таковы результаты моделирования, проведенного американскими учеными.

Океанографы, геоморфологи и планетологи объединились, чтобы понять, какими могут быть волны на небесных телах, где есть жидкая материя. Результатом их работы стала модель PlanetWaves, она описана в Journal of Geophysical Research: Planets.

«На Земле мы привыкли к определенной волновой динамике. Но с помощью этой модели мы видим, как ведут себя волны на планетах с другими жидкостями, атмосферами и силой тяжести. Это может даже идти вразрез с нашими интуитивными представлениями», — говорит соавтор исследования Эндрю Эштон из Океанографического института Вудс-Хоул.

Особый интерес вызывают волны на Титане. Крупнейший спутник Сатурна — единственное кроме Земли тело в Солнечной системе, на котором есть жидкие озера.

«Где бы ни была жидкая поверхность и движущийся над ней воздух, там могут возникать волны. Что касается Титана — проблема в том, что у нас нет прямых наблюдений этих озер. Мы точно не знаем, какие волны там могут быть. А модель дает нам представление», — объясняет профессор Тейлор Перрон из Массачусетского технологического института (MIT).

Зачем это нужно

Если когда-нибудь человечество отправит зонд к озерам Титана, новая модель поможет сконструировать его устойчивым к волнам.

«Нужно строить что-то, способное выдержать энергию волн, поэтому важно знать, с какими волнами придется иметь дело этим аппаратам», — считает аспирантка MIT Уна Шнек, ведущий автор исследования.

По ее словам, были схожие исследования, но они не брали в расчет состав жидкости, образующей волны. Новая модель учитывает это: плотность, вязкость и поверхностное натяжение. Кроме того, в нее, само собой, включены гравитация и атмосферное давление.

«Представьте совершенно неподвижное озеро, — предлагает Эштон. —  Мы хотим понять: какой ветер породит самую первую, едва заметную рябь — и так, шаг за шагом, вплоть до штормовой волны».

Проверили на Земле

Модель проверили на данных о земных волнах, собранных буями на озере Верхнем за 20 лет, и убедились в точности ее работы. Только после этого приступили к расчетам волновой динамики на других небесных телах.

Начали с Титана, который достаточно хорошо изучен зондом «Кассини». Исходя из собранных им сведений, предполагается, что озера там заполнены жидким метаном и этаном. В таких легких жидкостях, да при слабой силе тяжести, волны должны возникать очень легко.

«Это выглядит как высокие волны, движущиеся в замедленной съемке, — описывает Шнек. — Если бы мы стояли на берегу такого озера, то чувствовали бы лишь слабый ветерок, но видели бы надвигающиеся громадные валы. На Земле такое невозможно».

Рассмотрели также волновую активность на древнем Марсе. На Красной планете существует множество ударных бассейнов, которые были, скорее всего, заполнены водой — до того, как атмосфера рассеялась и вода испарилась. Модель показала, что по мере постепенного исчезновения марсианской атмосферы и падения давления, для возникновения тех же волн требовался все более сильный ветер.

А что по экзопланетам?

Кроме того, модель применили к трем экзопланетам.

• LHS 1140 b — «холодная суперземля». Там есть жидкая вода, но сила тяжести выше. Как следствие, при том же ветре волны слабее, чем у нас.
• Kepler 1649 b — планета, похожая на Венеру, с гравитацией, близкой к земной. В озерах там плещется серная кислота, она вдвое плотнее воды, поэтому даже для легкой ряби нужен сильный ветер.
• Еще сильнее выражен этот эффект для третьей планеты — 55 Cancri e, лавового мира с более высокой, чем на Земле, гравитацией и гораздо более плотной и вязкой поверхностной жидкостью. Чтобы слегка всколыхнуть расплавленную породу, нужен ураган со скоростью около 130 км/ч.

Перрон надеется, что модель поможет ответить на давние вопросы о формировании планетарных ландшафтов.

«В отличие от Земли, где в месте впадения реки в море часто образуется дельта, на Титане дельт очень мало, хотя рек и береговых линий предостаточно. Могут ли волны быть причиной? — рассуждает профессор. — Вот вопросы, на которые наша модель поможет найти ответ».