Llueve regularmente en Titán, la luna más grande de Saturno.Al igual que en la Tierra, esta lluvia es el resultado de la evaporación líquida de la superficie y la condensación en el cielo y la caída a la superficie como precipitación.En la Tierra, esto se conoce como el ciclo hidrológico (o del agua), que es una parte integral de nuestro clima.Para Titán, existen todas las mismas fases, pero lo que se intercambia es metano, no agua.
En los últimos años, los científicos han descubierto evidencia de patrones similares asociados con exoplanetas, ¡incluyendo todo, desde metal fundido hasta lluvia de lava!Esto plantea la cuestión de cuán exótica puede ser la lluvia para el mundo alienígena.Recientemente, un equipo de investigación de la Universidad de Harvardinvestigación llevada a caboEstudiaron cómo la lluvia difiere en varios entornos de exoplanetas.
Este estudioCaitlyn Loftus, doctorestudiante de la Universidad de HarvardDepartamento de Ciencias Planetarias y de la Tierra.Su asesor (y coautor del estudio) fue Robin D. Wordsworth.Grupo de Investigación de Evolución Atmosférica y Clima Planetario de Wordsworthen harvardFacultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas(Mar).
El estudio de la precipitación y el registro de precipitaciones pasadas de la Tierra han enseñado mucho a los científicos sobre la dinámica del clima.Desafortunadamente, una investigación como esta aún no es posible para los exoplanetas, por lo que los científicos no pueden imponer restricciones más estrictas sobre su habitabilidad potencial.Pero el conocimiento de estas condiciones en la Tierra ha ayudado a los científicos a predecir los climas planetarios en Marte y Titán.
Para su estudio, Loftus y Wordsworth investigaron cómo esto podría aplicarse también a los exoplanetas.Loftus le dijo a Universe Today por correo electrónico:
“Un componente clave de la habitabilidad es el clima (para probar si un planeta puede soportar agua superficial líquida).Un factor importante de incertidumbre en la comprensión del clima en varios entornos planetarios (incluso la transición actual a niveles más altos de CO2 en la Tierra moderna) es cómo se comportan las nubes.Debido a que la precipitación es la forma clave en que las nubes “mueren”, comprender cómo funciona la precipitación puede ayudar a limitar el comportamiento de las nubes y, en última instancia, predecir mejor el clima planetario.
“La precipitación también ayuda a controlar la cantidad de agua que queda en la atmósfera.El vapor de agua es un muy buen gas de efecto invernadero, por lo que el equilibrio de la cantidad de agua en la atmósfera también puede afectar el clima. Finalmente, la lluvia es un componente esencial de un mecanismo de retroalimentación negativa para estabilizar el clima planetario subyacente (ciclo de carbonato-silicato). El concepto de “área habitable” de un exoplaneta.
Loftus agrega que este conocimiento será esencial cuando los telescopios de próxima generación se unan a la búsqueda de exoplanetas potencialmente habitables.En el futuro, los astrónomos y astrobiólogos podrán realizar estudios de imágenes directas de las atmósferas de los exoplanetas.Tener modelos que predigan cómo se comportan las nubes y el vapor de agua en este planeta contribuirá en gran medida a medir la habitabilidad.
Predecir patrones de precipitación en exoplanetas distantes es muy difícil, pero un factor que puede entenderse fácilmente es el comportamiento de las gotas de lluvia individuales.Dado que cada gota de lluvia que cae de una nube se rige por una combinación de dinámica de fluidos, termodinámica y condiciones atmosféricas, su estudio podría revelar mucho sobre el clima del planeta.
El Prof. Loftus y Wordsworth mostraron cómo calcular tres propiedades principales basadas en tres propiedades principales: forma, tasa de caída y tasa de evaporación.Loftus dijo:
“Las nubes y las precipitaciones dependen en gran medida de lo que sucede en escalas muy pequeñas (gotas de nubes/gotas de lluvia hasta micras-milímetros), escalas medias (nubes, kilómetros – 10 segundos kilómetros) y escalas muy grandes (presupuestos de agua a escala planetaria). .La representación precisa de todas estas medidas en un solo modelo es difícil de manejar para las computadoras modernas (o en el futuro previsible).
“Lo que estamos tratando de hacer es utilizar el componente más simple y mejor conocido del ciclo del agua (las gotas de lluvia bajo las nubes) para limitar lo ‘importante’ de todas las complejidades”, agregó.Sin duda, importante es un término subjetivo, pero en este caso, el vapor de agua atmosférico implica rastrear cuánto vapor de agua atmosférico se convertirá finalmente en agua en la superficie. Este es un requisito clave para la existencia de la vida tal como la conocemos.
A partir de estas tres propiedades, pudieron obtener expresiones simples que describen el comportamiento de las gotas de lluvia en ecuaciones más complejas.Finalmente, descubrieron que las gotas de lluvia en un rango de tamaño relativamente estrecho podrían alcanzar la superficie (a través de una amplia gama de condiciones planetarias).Como señala Loftus, su estudio puede permitir una mejor representación de las precipitaciones en modelos climáticos complejos en el futuro.
“Gran parte de nuestra comprensión de cómo funcionan las nubes y las precipitaciones en el sistema climático más grande hoy en día se rige por lo que vemos (y vemos) en la Tierra.Sin embargo, esto deja mucha incertidumbre sobre qué tan válido sería trasladar tal empirismo a un régimen donde muchas condiciones físicas son diferentes.
“[Por lo tanto] hay muchos grandes signos de interrogación que rodean las preguntas de ciencias de la Tierra no modernas que dependen de cómo se comportan las nubes/precipitación.Este trabajo busca desarrollar expectativas con base teórica sobre cómo deberían comportarse las nubes y las precipitaciones fuera de la Tierra moderna y, en última instancia, desarrollar la capacidad de limitar mejor estos grandes signos de interrogación”.
Esto será muy útil si:Telescopio espacial James WebbLanzado el 31 de octubrecastillo, 2021. Usando instrumentos y espectrómetros infrarrojos avanzados, James Webb podrá estudiar las atmósferas de exoplanetas de menor masa que orbitan más cerca de las estrellas.
Esto permite a los científicos determinar la composición química de la atmósfera del planeta, que puede incluir vapor de agua y otras “firmas biológicas”.Otros telescopios como ESOtelescopio extra grande(ELT),telescopio de magallanes gigante(GMT) yTelescopio espacial romano Nancy GraceSe podrían realizar estudios similares de imágenes directas de exoplanetas.
Este instrumento permitirá niveles sin precedentes de caracterización de exoplanetas, un cambio en la investigación de exoplanetas en los últimos años.Con más de 4000 exoplanetas confirmados disponibles para estudiar, los astrónomos ya no se enfocan en encontrar candidatos prometedores para la investigación.En este punto, depende de usted averiguar cuál de estos candidatos satisface las necesidades de la vida.
Los resultados se publicaron en un artículo titulado “.Física de las gotas de lluvia que caen de las atmósferas de varios planetas.”, publicado recientemente en línea y presentado para su publicación.Revista de investigación geofísica: planetas.
Otras lecturas:arXiv
Leyenda de la imagen principal:El atardecer del artista visto desde la superficie de un exoplaneta como la Tierra.Crédito: ESO/L.Calsada