Біз жаңбырды әдеттегі нәрсе деп санаймыз: аспаннан жауған су тамшылары өзендерді, көлдерді және ормандарды қоректендіреді. Бірақ табиғат көрінгеннен әлдеқайда өнертапқыш. Жерде таңқаларлық құбылыстар болады - мысалы, күшті торнадолардан туындаған бақалардың, балықтардың немесе құрттардың жаңбыры. Дегенмен, Жер атмосферасынан шыққаннан кейін ауа райы шынымен де керемет нәрсеге айналады. Күн жүйесіндегі экзопланеталар мен планеталар бойынша заманауи зерттеулер судың орнына басқа әлемдерге гауһар тастар, шыны, күкірт қышқылы немесе тіпті балқытылған тастар жаууы мүмкін екенін көрсетеді. Бұл экзотикалық жауын-шашын тек қиялды қоздырып қана қоймай, сонымен қатар ғалымдарға экстремалды жағдайларда атмосфераның физикасын түсінуге көмектеседі. Әлем арқылы саяхаттап, басқа планеталар мен айларға «аспаннан» не жауатынын анықтайық.
1. Юпитер мен Сатурн: Газ алыптарының тереңіндегі гауһар жаңбыры
Сатурн мен Юпитердің жоғарғы атмосфераларында қарапайым органикалық қосылыс метан бар. Күннен найзағай мен ультракүлгін сәулеленудің әсерінен метан молекулалары көміртегі мен сутегіге ыдырайды. Бос көміртегі біртіндеп атмосфераға тереңірек сіңеді, онда температура мен қысым ең жоғары деңгейге жетеді. Шамамен 6000 км тереңдікте көміртегі графитке сығылады, ал одан да тереңіректе гауһар кристалдарына айналады.
NASA-ның реактивті қозғалыс зертханасының докторы Кевин Бейнстің бағалауы бойынша, бұл гауһар тастар грек жаңғағының көлеміндей болуы мүмкін — диаметрі шамамен 1 сантиметр. Олар бағалы жаңбыр сияқты газ қабаттары арқылы баяу «құлайды». Алайда, олар 20 000 км-ден астам тереңдікке қарай төмендеген сайын температура 5000°C-тан асады, ал гауһар тастар ериді, сұйық көміртекке айналады.
Сонымен, Сатурн мен Юпитердің ішіне гауһар жаңбыры жауып тұр, бірақ ол ешқашан «бетіне» жетпейді, себебі газ алыптарында ондай жаңбыр жоқ.
Бұл жаңалық алып планеталардың экзотикалық химиясын растап қана қоймай, сонымен қатар олардың атмосфераларының ішкі динамикасын модельдеуге, соның ішінде жылу мен магнит өрістерінің таралуындағы ауытқуларды түсіндіруге көмектеседі.
2. Шолпан: Күкірт қышқылы бұлттары және «фантомды» жаңбыр
Шолпан Жерге көлемі жағынан ең жақын «қарындасы», бірақ оның атмосферасы планетаны тірі тозаққа айналдырды. Беті 467°C дейін қызады, ал қысым Жердікінен 92 есе жоғары. Жоғарғы атмосферада (50-70 км биіктікте) фотохимиялық реакциялар арқылы күкірт диоксиді мен су буынан түзілген күкірт қышқылы (H₂SO₄) бұлттары басым.
Бұл бұлттардан жаңбыр жауады, бірақ ол ешқашан жер бетіне жетпейді. Олар құлаған кезде күкірт қышқылының тамшылары ыстық ауамен соқтығысып, шамамен 30 шақырым биіктікте буланып кетеді. Бұл процесс «фантомды жаңбыр» деп аталады: жауын-шашын болады, бірақ жер бетінен көрінбейді. Соған қарамастан, күн сәулесінің көп бөлігін шағылыстыратын осы бұлттар, бұл Венераны түнгі аспандағы ең жарық планета етеді.
Қызығы, ғалымдар Шолпан атмосферасының дәл осы «қоңыржай» қабаттарында, яғни температура мен қысым Жердегідей болатын жерлерде, шарларды пайдалануды қарастыруда. Бірақ тіпті сол жерде де күкірт қышқылы жаңбыры кез келген технология үшін үлкен қауіп төндіруде.
3. Титан: Метан циклі Жердің су айналымына ұқсас.
Титан - Күн жүйесіндегі тығыз атмосферасы және белсенді гидрологиялық циклі бар жалғыз серік. Дегенмен, мұнда судың орнына метан айналады. Титанның бетінде сұйық метан мен этаннан тұратын өзендер, көлдер, тіпті теңіздер де бар. Атмосферада бұлттар пайда болып, мезгіл-мезгіл нөсер жаңбырға айналады.
Дегенмен, мұндай жаңбырлар өте сирек кездеседі — әр аймақта шамамен 1000 Жер жылында бір рет. Метан жаңбыры жауған кезде, ол ландшафтты бұзып, өзен арналарын түзіп, көлдерді толтырады. Бұл Титанды Жерден басқа «жауын-шашын-ағын-булану-бұлт» циклі толық байқалатын жалғыз белгілі дене етеді.
Сондықтан NASA миссиясы Инелік, 2034 жылы ұшырылуы жоспарланған бұл кеме Титанды тікұшақ дроны арқылы зерттейді. Ғалымдар сол жерден күрделі органикалық молекулаларды — су негізіндегі емес, көмірсутек негізіндегі тіршіліктің мүмкін болатын прекурсорларын табуға үміттенеді.
4. HD 189733 b: Экзопланетаға түскен балқытылған шыны жаңбыры
Жерден 63 жарық жылы қашықтықта HD 189733 b экзопланетасы орналасқан, ол өз жұлдызына соншалықты жақын айналатын «ыстық Юпитер» болып табылады, оның бір «жылының» тек 2,2 Жер күніне созылады. Планетаның беті 980°C дейін қызады, ал атмосферасы кремний буымен және оттегімен қаныққан.
Мұндай жағдайларда кремний қосылыстары ұсақ силикат бөлшектеріне – негізінен шыныға – айналады. Бірақ дауыл күшінің әсерінен ... дейін жылдамдықпен соғады. 7 300 км/сағ, Бұл бөлшектер жай ғана төмен түсіп қана қоймайды, олар ыстық шыны тастар сияқты көлденең ұшады. Астрофизиктер бұл құбылысты «шыны жаңбыры» деп атайды, бірақ дәлірек термин «шыны дауыл» болар еді.
Бұл силикат бөлшектері көк жарықты шашыратады, бұл планетаға ерекше қарқынды көк реңк береді — Жердікіне ұқсамайды (көгілдірлік Рейли шашырауына байланысты пайда болады), бірақ атмосферасының құрамына байланысты. HD 189733 b түсі Хаббл ғарыштық телескопының көмегімен тікелей анықталған алғашқы экзопланеталардың бірі болды.
5. COROT-7b: Ыстық супержер бетіндегі тас жаңбырлары
COROT-7b - небәрі 489 жарық жылы қашықтықта орналасқан алғашқы супержерлердің бірі. Бұл тасты планета Жерден бес есе үлкен және жұлдызына соншалықты жақын айналады, сондықтан оның «тәулігі» 20 сағаттан аз уақытқа созылады. Оның күндізгі жағындағы температура 2300°C-қа жетеді - бұл тасты ерітуге жеткілікті ыстық.
Мұндай жағдайларда COROT-7b атмосферасы газдардан емес, буланған минералдардан: натрий, калий, темір, кремний диоксиді және тіпті пироксендерден тұрады. Бұл булар түнде көтеріліп, салқындаған кезде қатты бөлшектерге айналады. Нәтижесінде, планетада нағыз «тас жаңбыры» - ыстық малтатас пен күл ағындары пайда болады.
Кейбір модельдер тіпті Жердегі жанартау күліне ұқсас, бірақ әлдеқайда үлкен және экстремалды масштабта «лава көлдері» мен «минералды бұлттардың» бар екенін көрсетеді. COROT-7b - планеталардың тіршілікке мүлдем сәйкес келмейтін жағдайларда өмір сүре алатындығының, бірақ сонымен бірге күрделі және динамикалық метеорологияны көрсете алатындығының айқын мысалы.
Қорытынды: Ауа райы ғарыштық әртүрліліктің көрінісі ретінде
Басқа әлемдердегі «жаңбырларды» зерттеу арқылы біз тек экзотикалық көріністерден ләззат алып қана қоймай, экстремалды жағдайларда физика заңдарын түсінуімізді кеңейтеміз. Гауһар тастар, шыны, күкірт қышқылы және балқытылған тау жыныстары — мұның бәрі бізге ғаламның біз ойлағаннан әлдеқайда бай және алуан түрлі екенін еске салады. Бұл планеталардың әрқайсысы химия, термодинамика және атмосфералық динамиканың шекараларын тексеретін зертхана сияқты.
Кім біледі, мүмкін мұндай құбылыстарды бақылау бір күні бізге тіршілікті қайдан іздеу керектігін және оның біз үйреніп қалған су мен оттегінен тыс қандай формаларды ала алатынын түсінуге көмектеседі.