В тихий день слабый ветерок создает едва заметную рябь на поверхности земного озера. Но на Титане, крупнейшем спутнике Сатурна, такой же легкий ветер поднял бы волны высотой до трех метров.
В своем новом исследовании специалисты Массачусетского технологического института (MIT) представили модель под названием PlanetWaves. С ее помощью можно предсказывать поведение волн на планетах, которые могут иметь жидкие озера и океаны — в том числе, на Титане, древнем Марсе и трех планетах за пределами Солнечной системы.
«На Земле мы привыкли к определенной динамике волн, — говорит соавтор исследования, научный сотрудник Вудс-Холского океанографического института Эндрю Эштон. — Но с этой моделью мы можем увидеть, как волны ведут себя на планетах с другими жидкостями, атмосферами и гравитацией, что может бросить вызов нашей интуиции».
Особый интерес представляет Титан — единственное кроме Земли тело в Солнечной системе, где сейчас есть жидкие озера. Правда, состоят они не из воды, а из легких жидких углеводородов — метана и этана. «Везде, где есть жидкая поверхность и ветер над ней, есть потенциал для образования волн», — отмечает профессор наук о Земле, атмосфере и планетах в MIT Тейлор Перрон.
Предыдущие модели учитывали только гравитацию. Новая же модель берет в расчет еще и плотность жидкости, ее вязкость, поверхностное натяжение и атмосферное давление планеты. Сначала модель проверили на данных с озера Верхнее, собранных за 20 лет буями. Она точно предсказала, какая скорость ветра нужна для генерации волн и какой высоты они достигнут.
Применив модель к Титану, ученые обнаружили, что создать волны там удивительно легко. Относительно легкая жидкость в сочетании с низкой гравитацией и атмосферным давлением означает, что даже слабый ветер может поднять огромные волны. «Со стороны это выглядит как высокие волны, которые движутся словно в замедленной съемке, — описывает соавтор работы Уна Шнек. — Стоя на берегу, вы почувствовали бы лишь легкий бриз, но увидели бы огромные волны, идущие на вас — на Земле такого не увидишь».
За пределами Солнечной системы PlanetWaves протестировали на трех экзопланетах. Для «холодной суперземли» LHS 1140b с большими запасами воды, но более сильной гравитацией, модель показала, что при «земной» силе ветра волны там будут заметно меньше, чем на нашей планете. На Kepler 1649b — планете, похожей на Венеру и имеющей озера серной кислоты, которая примерно вдвое плотнее воды, даже сильный ветер едва «пошевелит» поверхность. Еще более экстремальный случай — 55 Cancri e, лавовый мир с океанами расплавленной породы. Там, по расчетам, ураган земной силы (около 130 км/ч) поднимет волны всего в несколько сантиметров: высокая гравитация и вязкая, плотная «жидкость» глушат практически любые колебания.
Физика волн важна не только для романтических картинок инопланетных пляжей. На Земле волны формируют береговую линию, переносят осадки, создают и разрушают дельты рек. Новая модель раскроет секреты ландшафта других планет и может быть полезной в вопросе проектирования зондов для их изучения.
