De grootte van regendruppels is vergelijkbaar, ongeacht waar ze van gemaakt zijn of op welke planeet ze vallen
De wervelende wolken van Jupiter, gevangen genomen door NASA’s Juno-ruimtevaartuig, kunnen halfvaste ammoniak-slushballen met neerslag vrijgeven. Nieuw werk suggereert dat elke vloeibare regen op Jupiter in sommige opzichten vergelijkbaar zou zijn met regen op een andere bewolkte wereld.
Of ze nu gemaakt zijn van methaan op Saturnusmaan Titan of ijzer op de exoplaneet WASP 76b, buitenaardse regendruppels gedragen zich op dezelfde manier in de Melkweg. Volgens het eerste algemene fysieke model van buitenaardse regen zijn ze altijd bijna even groot, ongeacht de vloeistof waaruit ze zijn gemaakt of de atmosfeer waarin ze vallen.
“Je kunt uit veel dingen regendruppels halen”, zegt planetair wetenschapper Kaitlyn Loftus van Harvard University, die publiceerde nieuwe vergelijkingen want wat gebeurt er met een vallende regendruppel nadat deze in april een wolk heeft achtergelaten Journal of Geophysical Research: Planets. Eerdere studies hebben gekeken naar regen in specifieke gevallen, zoals de waterkringloop op aarde of methaanregen op Saturnusmaan Titan (SN: 3/12/15). Maar dit is de eerste studie waarin regen van welke vloeistof dan ook wordt onderzocht.
“Ze stellen iets voor dat op elke planeet kan worden toegepast”, zegt astronoom Tristan Guillot van het Observatorium van de Côte d’Azur in Nice, Frankrijk. “Dat is echt gaaf, want dit is echt iets dat nodig is om te begrijpen wat er aan de hand is” in de sferen van andere werelden.
Begrijpen hoe wolken en neerslag ontstaan, zijn belangrijk voor het begrijpen van het klimaat in een andere wereld. Bewolking kan het oppervlak van een planeet verwarmen of koelen, en regendruppels helpen bij het transporteren van chemische elementen en energie door de atmosfeer.
Wolken zijn ingewikkeld (SN: 3/5/21). Ondanks veel gegevens over aardse wolken, begrijpen wetenschappers niet echt hoe ze groeien en evolueren.
Regendruppels worden echter beheerst door een paar eenvoudige natuurkundige wetten. Vallende vloeistofdruppels hebben de neiging om standaard vergelijkbare vormen te krijgen, ongeacht de eigenschappen van de vloeistof. De snelheid waarmee die druppel verdampt, wordt bepaald door het oppervlak.
“Dit is in feite vloeistofmechanica en thermodynamica, die we heel goed begrijpen”, zegt Loftus.
Zij en de planetaire wetenschapper Robin Wordsworth van Harvard beschouwden regen in verschillende vormen, waaronder water op de vroege aarde, het oude Mars en een gasvormige exoplaneet genaamd K2 18b die wolken van waterdamp kan bevatten (SN: 11-9-19). Het paar hield ook rekening met de methaanregen van Titan, ammoniak “mushballs” op Jupiter en ijzerregen op de ultrahete gasreus exoplaneet WASP 76b (SN: 11-3-20). “Al deze verschillende condenseerbare stoffen gedragen zich op dezelfde manier, [because] ze worden beheerst door vergelijkbare vergelijkingen ”, zegt ze.
Het team ontdekte dat werelden met een hogere zwaartekracht de neiging hebben kleinere regendruppels te produceren. Toch vallen alle bestudeerde regendruppels binnen een vrij smal bereik, van ongeveer een tiende millimeter tot enkele millimeters in straal. Veel groter dan dat, en regendruppels breken uit elkaar als ze vallen, ontdekten Loftus en Wordsworth. Veel kleiner, en ze zullen verdampen voordat ze de grond raken (voor planeten met een stevig oppervlak), waardoor hun vocht in de atmosfeer blijft.
Uiteindelijk willen de onderzoekers het onderzoek uitbreiden naar vaste neerslag zoals sneeuwvlokken en hagel, hoewel de wiskunde daar ingewikkelder zal zijn. “Het adagium dat elke sneeuwvlok uniek is, is waar”, zegt Loftus.
Het werk is een eerste stap om neerslag in het algemeen te begrijpen, zegt astronoom Björn Benneke van de Universiteit van Montreal, die waterdamp ontdekte in de atmosfeer van K2 18b maar niet betrokken was bij het nieuwe onderzoek. “Daar streven we allemaal naar”, zegt hij. “Om een soort globaal begrip te ontwikkelen van hoe atmosferen en planeten werken, en niet alleen volledig op de aarde gericht te zijn.”
