Ramią dieną lengvas vėjelis gali vos sukelti raibuliavimą ežero paviršiuje Žemėje. Tačiau didžiausiame Saturno mėnulyje Titane panašus švelnus vėjas sukeltų 3 metrų aukščio bangas. Šis nežemiškas elgesys yra viena iš MIT mokslininkų sukurto naujo bangų modelio prognozių. Šis modelis yra pirmasis, užfiksuojantis visą bangų dinamiką ir tai, ko reikia, kad jos kiltų esant skirtingoms planetinėms sąlygoms.
Tas pats švelnus vėjas, kuris sukeltų nedidelius raibulius ežere Žemėje (dešinėje), sukeltų dideles bangas didžiausiame Saturno mėnulyje Titane (kairėje). Šiuose piešiniuose žymeklis matuojamas metrais. Nuotraukos autoriai: Taylor Perron, Una Schneck ir kt.
Tyrime, paskelbtame žurnale „Geofizikiniai tyrimai: planetos“ (Geophysical Research: Planets), MIT komanda pristato modelį, kurį jie taikliai pavadino „Planetos bangomis“. Jie taiko modelį, kad numatytų, kaip bangos elgiasi planetiniuose kūnuose, kuriuose gali būti skystų ežerų ir vandenynų, įskaitant Titaną, senovės Marsą ir tris planetas už Saulės sistemos ribų.
Modelis prognozuoja, kad silpno vėjo pakaktų, kad Titane, kur ežerai pripildyti lengvų skystų angliavandenilių, sukeltų didžiules bangas. Tuo tarpu uraganinio stiprumo vėjai vos sujudintų ežero paviršių egzoplanetoje 55-Cancri e, kuri, kaip manoma, yra lavos pasaulis, padengtas karšta, tankia skysta uoliena.
„Žemėje mes priprantame prie tam tikros bangų dinamikos“, – sako tyrimo autorius Andrew Ashtonas, Woods Hole okeanografijos instituto (WHOI) docentas ir MIT-WHOI bendros programos dėstytojas. „Tačiau su šiuo modeliu galime pamatyti, kaip bangos elgiasi planetose su skirtingais skysčiais, atmosferomis ir gravitacija, o tai gali šiek tiek mesti iššūkį mūsų intuicijai.“
Komanda ypač nori suprasti, kaip bangos formuojasi Titane. Didelis mėnulis yra vienintelis kitas Saulės sistemos kūnas, be Žemės, kuriame, kaip žinoma, šiuo metu yra skystų ežerų.
„Visur, kur yra skystas paviršius, virš kurio pučia vėjas, yra potencialas sukelti bangas“, – sako Taylor Perron, Cecil ir Ida Green Žemės, atmosferos ir planetų mokslų profesorius MIT.
„Titano atveju vilioja tai, kad mes neturime jokių tiesioginių stebėjimų, kaip atrodo šie ežerai. Taigi mes nežinome, kokios bangos ten gali egzistuoti. Dabar šis modelis suteikia mums idėją.“
Jei žmonės vieną dieną nusiųstų zondą į Titano ežerus, naujasis komandos modelis galėtų padėti projektuojant bangoms atsparius erdvėlaivius.
„Norėtumėte sukurti kažką, kas galėtų atlaikyti bangų energiją“, – sako pagrindinė autorė Una Schneck, MIT Žemės, atmosferos ir planetų mokslų katedros (EAPS) magistrantė. „Todėl svarbu žinoti, su kokiomis bangomis šie instrumentai susidurs.“
Naujas MIT mokslininkų sukurtas modelis prognozuoja, kaip bangos formuojasi esant skirtingoms planetinėms sąlygoms. Pavyzdžiui, modelis rodo, kaip tas pats švelnus vėjas Žemėje (dešinėje) gali sukelti trijų metrų aukščio bangas didžiausiame Saturno palydove Titane (kairėje). Nuotrauka: Masačusetso technologijos institutas
Kai vėjas pučia virš vandens, jis sukuria bangas, kurios gali būti pakankamai stiprios, kad išraižytų pakrantes ir perskirstytų upių atneštas nuosėdas. Dėl šio proceso bangos laikui bėgant gali būti reikšminga jėga, formuojanti kraštovaizdį.
Schneck ir jos kolegos, tyrinėjantys kraštovaizdžio evoliuciją Žemėje ir kitose planetose, domėjosi, kaip bangos gali elgtis kituose pasauliuose, kur gravitacija, atmosferos sąlygos ir skysčių sudėtis gali labai skirtis nuo Žemėje esančios.
„Anksčiau buvo bandoma numatyti, kaip gravitacija paveiks bangas kitose planetose“, – sako Schneck. „Tačiau jie kiekybiškai neįvertina kitų veiksnių, tokių kaip bangas keliančio skysčio sudėtis. Tai buvo didelis šio projekto šuolis.“
Ji ir jos kolegos sukūrė pilną bangų modelį, kuris atsižvelgia ne tik į planetos gravitaciją, bet ir į jos paviršiaus skysčio savybes, tokias kaip tankis, klampumas ir paviršiaus įtempimas, arba į tai, kiek skystis atsparus bangavimui.
Komanda taip pat įtraukė planetos atmosferos slėgio poveikį. Šiuo modeliu jie siekė numatyti, kaip planetos skystas paviršius keisis reaguojant į tam tikro greičio vėjus.
„Įsivaizduokite visiškai ramų ežerą“, – siūlo Ashton. „Mes bandome išsiaiškinti pirmąjį gūsį, kuris sukels tas pirmąsias mažas raibuliavimo bangas iki pat pilnos vandenyno bangos.“
Komanda pirmiausia išbandė savo naująjį modelį su bangų duomenimis Žemėje. Jie panaudojo bangų matavimus, kuriuos per 20 metų surinko plūdurai Aukštutiniame ežere.
Jie nustatė, kad modelis, kuris atsižvelgė į Žemės gravitaciją, skysčio (vandens) sudėtį ir atmosferos sąlygas, galėjo tiksliai numatyti, kokio vėjo greičio reikės, kad susidarytų bangos virš ežero, ir kokio aukščio bangos išaugs esant tam tikram vėjo stiprumui.
Tada tyrėjai pritaikė modelį, kad numatytų, kaip bangos elgtųsi kituose planetiniuose kūnuose, kurių paviršiuje, kaip žinoma, yra skysčio.
Pirmiausia jie tyrinėjo Titaną, kur NASA „Cassini“ misija anksčiau užfiksavo ežerų darinių radarų vaizdus, kurie, mokslininkų manymu, šiuo metu yra užpildyti skystu metanu ir etanu. Komanda panaudojo naująjį modelį Titano bangų dinamikai apskaičiuoti, atsižvelgdama į jo gravitaciją, atmosferos slėgį ir skysčio sudėtį.
Jie nustatė, kad Titane stebėtinai lengva sukelti bangas. Santykinai lengvas skystis kartu su maža gravitacija ir atmosferos slėgiu reiškia, kad net ir švelnus vėjas gali sukelti didžiules bangas.
„Tai atrodo kaip aukštos bangos, judančios sulėtintai“, – sako Schneckas. „Jei stovėtumėte ant šio ežero kranto, galėtumėte jausti tik švelnų vėjelį, bet matytumėte šias didžiules bangas, einančias link jūsų, ko nesitikėtume Žemėje.“
Tyrėjai taip pat atsižvelgė į bangų aktyvumą senovės Marse. Raudonojoje planetoje yra daug smūginių baseinų, kurie kadaise galėjo būti užpildyti vandeniu, prieš išsisklaidant planetos atmosferai ir išgaruojant vandeniui.
Vienas iš šių baseinų yra Jezero krateris, kurį šiuo metu tyrinėja NASA marsaeigis „Perseverance“. Pasitelkę naująjį modelį, komanda parodė, kad Marso atmosferai palaipsniui nykstant ir laikui bėgant mažinant jos slėgį, tokioms pačioms bangoms sukelti reikėjo stipresnių vėjų.
Už Saulės sistemos ribų tyrėjai pritaikė modelį trims skirtingoms egzoplanetoms. Pirmoji, LHS1140b, yra „vėsi superžemė“, o tai reiškia, kad ji yra šaltesnė ir didesnė už Žemę. Planetoje yra skysto vandens, tačiau dėl savo dydžio jos gravitacija yra stipresnė.
Modelis parodė, kad toks pat vėjas Žemėje superžemėje sukeltų daug mažesnes vandens bangas dėl jos skirtingos gravitacijos.
Komanda taip pat tyrinėjo Kepler 1649b – į Venerą panašią planetą, kurios gravitacija panaši į Žemės, o sieros rūgšties ežerai yra maždaug dvigubai tankesni už vandenį. Tokiomis sąlygomis tyrėjai nustatė, kad, palyginti su Žeme, egzoplanetos ežerų raibuliams sukelti reikėtų stipresnių vėjų.
Šis poveikis dar ryškesnis trečiojoje planetoje, 55-Cancri e – lavos pasaulyje, kurio gravitacija didesnė nei Žemės, o paviršinis skystis daug tankesnis ir klampesnis.
Mokslininkai įtaria, kad planetoje yra suskystintų uolienų vandenynų. Modelis prognozuoja, kad tokioje aplinkoje uraganiniai vėjai Žemėje, kurių greitis siekia apie 130 kilometrų per valandą, lavos pasaulyje sukeltų tik mažas, kelių centimetrų aukščio bangas.
Be to, kad atskleis naujus bangų elgesio kitose planetose būdus, Perronas tikisi, kad modelis atsakys į ilgalaikius planetų kraštovaizdžio formavimosi klausimus.
„Skirtingai nei Žemėje, kur dažnai yra delta, kur upė susilieja su pakrante, Titane yra labai mažai dalykų, kurie atrodo kaip deltos, nors upių ir pakrančių yra daug. Ar bangos galėtų būti už tai atsakingos?“ – svarsto Perronas. „Tai yra paslaptys, kurias šis modelis padės mums išspręsti.“
Una G. Schneck et al, Modeling Wind‐Driven Waves on Other Planets: Applications to Mars, Titan, and Exoplanets, Journal of Geophysical Research: Planets (2026). DOI: 10.1029/2025je009490
Journal information:Journal of Geophysical Research: Planets
NASA parodė naujus Saturno palydovo Titano paviršiaus vaizdus
Kaip Jupiteris įgijo daugiau didelių palydovų nei Saturnas
KTU fizikos mokslininkas Vytautas Stankus: alternatyvios gyvybės formos Visatoje – kiek tai realu?
Kokie būtų lietaus lašai kituose pasauliuose?