Σε μια ήρεμη μέρα, ένα ελαφρύ αεράκι μπορεί να κυματίζει ελάχιστα την επιφάνεια μιας λίμνης στη Γη. Αλλά στο μεγαλύτερο φεγγάρι του Κρόνου, τον Τιτάνα, ένας παρόμοιος ήπιος άνεμος θα δημιουργούσε κύματα ύψους 3 μέτρων. Αυτή η απόκοσμη συμπεριφορά είναι μια πρόβλεψη από ένα νέο μοντέλο κυμάτων που αναπτύχθηκε από επιστήμονες στο MIT. Το μοντέλο είναι το πρώτο που καταγράφει την πλήρη δυναμική των κυμάτων και τι χρειάζεται για να τα προκαλέσει υπό διαφορετικές πλανητικές συνθήκες.
Tα πλανητικά κύματα
Σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Journal of Geophysical Research: Planets, μια ομάδα του MIT παρουσιάζει το μοντέλο, το οποίο έχουν εύστοχα ονομάσει "PlanetWaves". Εφαρμόζουν το μοντέλο για να προβλέψουν πώς συμπεριφέρονται τα κύματα σε πλανητικά σώματα που μπορεί να φιλοξενούν υγρές λίμνες και ωκεανούς, συμπεριλαμβανομένου του Τιτάνα, του αρχαίου Άρη και τριών πλανητών πέρα από το ηλιακό σύστημα.
Το μοντέλο προβλέπει ότι ένας ήπιος άνεμος θα ήταν αρκετός για να ανακινήσει τεράστια κύματα στον Τιτάνα, όπου οι λίμνες είναι γεμάτες με ελαφρούς υγρούς υδρογονάνθρακες. Αντίθετα, θα χρειάζονταν άνεμοι με δύναμη τυφώνα για να μετακινήσουν ελάχιστα την επιφάνεια μιας λίμνης στον εξωπλανήτη 55-Cancri e, ο οποίος πιστεύεται ότι είναι ένας κόσμος λάβας καλυμμένος με ζεστό, πυκνό υγρό πέτρωμα.
«Στη Γη, συνηθίζουμε σε ορισμένες δυναμικές κυμάτων», λέει ο συγγραφέας της μελέτης Andrew Ashton, αναπληρωτής επιστήμονας στο Ωκεανογραφικό Ινστιτούτο Woods Hole (WHOI) και μέλος ΔΕΠ του Κοινού Προγράμματος MIT-WHOI. «Αλλά με αυτό το μοντέλο, μπορούμε να δούμε πώς συμπεριφέρονται τα κύματα σε πλανήτες με διαφορετικά υγρά, ατμόσφαιρες και βαρύτητα, κάτι που μπορεί να προκαλέσει κάπως τη διαίσθησή μας».
Ο σχηματισμός των κυμάτων
Η ομάδα ενδιαφέρεται ιδιαίτερα να κατανοήσει πώς σχηματίζονται τα κύματα στον Τιτάνα. Το μεγάλο φεγγάρι είναι το μόνο άλλο πλανητικό σώμα στο ηλιακό σύστημα εκτός από τη Γη που είναι γνωστό ότι φιλοξενεί σήμερα υγρές λίμνες.
«Οπουδήποτε υπάρχει υγρή επιφάνεια με άνεμο να κινείται πάνω της, υπάρχει δυνατότητα να δημιουργηθούν κύματα», λέει ο Taylor Perron, καθηγητής Γης, Ατμόσφαιρας και Πλανητικών Επιστημών Cecil και Ida Green στο MIT.
«Για τον Τιτάνα, το δελεαστικό είναι ότι δεν έχουμε καμία άμεση παρατήρηση για το πώς μοιάζουν αυτές οι λίμνες. Επομένως, δεν γνωρίζουμε με βεβαιότητα τι είδους κύματα μπορεί να υπάρχουν εκεί. Τώρα, αυτό το μοντέλο μας δίνει μια ιδέα».
Αν οι άνθρωποι έστελναν μια μέρα έναν ανιχνευτή στις λίμνες του Τιτάνα, το νέο μοντέλο της ομάδας θα μπορούσε να επηρεάσει τον σχεδιασμό διαστημοπλοίων ανθεκτικών στα κύματα.
«Θα θέλατε να κατασκευάσετε κάτι που να μπορεί να αντέξει την ενέργεια των κυμάτων», λέει η επικεφαλής συγγραφέας Una Schneck, μεταπτυχιακή φοιτήτρια στο Τμήμα Γης, Ατμοσφαιρικών και Πλανητικών Επιστημών (EAPS) του MIT. «Είναι λοιπόν σημαντικό να γνωρίζουμε τι είδους κύματα θα αντιμετωπίζουν αυτά τα όργανα».
Ένα νέο μοντέλο που αναπτύχθηκε από επιστήμονες του MIT προβλέπει πώς σχηματίζονται τα κύματα σε διαφορετικές πλανητικές συνθήκες. Το μοντέλο δείχνει για παράδειγμα πώς ο ίδιος απαλός άνεμος στη Γη (δεξιά) μπορεί να εκτοξεύσει κύματα ύψους τριών μέτρων στον Τιτάνα, το μεγαλύτερο φεγγάρι του Κρόνου (αριστερά). Πίστωση: Τεχνολογικό Ινστιτούτο Μασαχουσέτης
«Το πρώτο φύσημα»
Όταν ο άνεμος φυσάει πάνω από το νερό, δημιουργεί κύματα που μπορεί να είναι αρκετά ισχυρά ώστε να χαράξουν ακτές και να αναδιανείμουν τα ιζήματα που μεταφέρονται στην ακτή από τα ποτάμια. Μέσω αυτής της διαδικασίας, τα κύματα μπορούν να αποτελέσουν σημαντική δύναμη στη διαμόρφωση ενός τοπίου με την πάροδο του χρόνου.
Η Schneck και οι συνάδελφοί της, που μελετούν την εξέλιξη του τοπίου στη Γη και σε άλλους πλανήτες, αναρωτήθηκαν πώς θα μπορούσαν να συμπεριφερθούν τα κύματα σε άλλους κόσμους όπου η βαρύτητα, οι ατμοσφαιρικές συνθήκες και οι συνθέσεις υγρών μπορεί να είναι πολύ διαφορετικές από αυτές που βρίσκονται στη Γη.
«Έχουν γίνει προσπάθειες στο παρελθόν να προβλεφθεί πώς η βαρύτητα θα επηρεάσει τα κύματα σε άλλους πλανήτες», λέει η Schneck. «Αλλά δεν ποσοτικοποιούν άλλους παράγοντες όπως η σύνθεση του υγρού που δημιουργεί κύματα. Αυτό ήταν το μεγάλο άλμα με αυτό το έργο».
Η ομάδα ενσωμάτωσε επίσης την επίδραση της ατμοσφαιρικής πίεσης ενός πλανήτη. Με αυτό το μοντέλο, στόχευαν να προβλέψουν πώς θα εξελισσόταν η υγρή επιφάνεια ενός πλανήτη σε απόκριση σε ανέμους δεδομένης ταχύτητας.
«Φανταστείτε μια εντελώς ακίνητη λίμνη», λέει η Ashton. «Προσπαθούμε να καταλάβουμε το πρώτο φύσημα που θα δημιουργήσει αυτές τις πρώτες μικρές μικροσκοπικές κυματώσεις, μέχρι ένα πλήρες ωκεάνιο κύμα».
Δημιουργία κυμάτων
Η ομάδα δοκίμασε για πρώτη φορά το νέο της μοντέλο με δεδομένα κυμάτων στη Γη. Χρησιμοποίησαν μετρήσεις κυμάτων που συλλέχθηκαν από σημαδούρες σε όλη τη λίμνη Superior για πάνω από 20 χρόνια. Διαπίστωσαν ότι το μοντέλο, το οποίο έλαβε υπόψη τη βαρύτητα της Γης, τη σύνθεση του υγρού (νερού) και τις ατμοσφαιρικές συνθήκες, ήταν σε θέση να προβλέψει με ακρίβεια ποιες ταχύτητες ανέμου θα χρειάζονταν για να δημιουργηθούν κύματα στη λίμνη και πόσο ψηλά θα μεγάλωναν τα κύματα με δεδομένη ένταση ανέμου.
Οι ερευνητές στη συνέχεια εφάρμοσαν το μοντέλο για να προβλέψουν πώς θα συμπεριφέρονταν τα κύματα σε άλλα πλανητικά σώματα που είναι γνωστό ότι φιλοξενούν υγρό στην επιφάνειά τους.
Εξετάζουν πρώτα τον Τιτάνα, όπου η αποστολή Cassini της NASA είχε προηγουμένως καταγράψει εικόνες ραντάρ από σχηματισμούς λιμνών, οι οποίοι οι επιστήμονες υποψιάζονται ότι είναι επί του παρόντος γεμάτοι με υγρό μεθάνιο και αιθάνιο. Η ομάδα χρησιμοποίησε το νέο μοντέλο για να υπολογίσει τη δυναμική των κυμάτων της σελήνης δεδομένης της βαρύτητας, της ατμοσφαιρικής πίεσης και της υγρής σύνθεσής της.
Διαπίστωσαν ότι στον Τιτάνα, είναι εκπληκτικά εύκολο να δημιουργηθούν κύματα. Το σχετικά ελαφρύ υγρό, σε συνδυασμό με τη χαμηλή βαρύτητα και την ατμοσφαιρική πίεση, σημαίνει ότι ακόμη και ένας ήπιος άνεμος μπορεί να ανακινήσει τεράστια κύματα.
Περαιτέρω εφαρμογές του μοντέλου
Πέρα από το ηλιακό σύστημα, οι ερευνητές εφάρμοσαν το μοντέλο σε τρεις διαφορετικούς εξωπλανήτες. Ο πρώτος, ο LHS1140b, είναι μια «ψυχρή υπερ-Γη», που σημαίνει ότι είναι ψυχρότερη και μεγαλύτερη από τη Γη. Ο πλανήτης φιλοξενεί υγρό νερό, αν και επειδή είναι τόσο μεγάλος, έχει ισχυρότερη βαρύτητα.
Το μοντέλο έδειξε ότι ο ίδιος άνεμος στη Γη θα δημιουργούσε πολύ μικρότερα κύματα νερού στην υπερ-Γη, λόγω της διαφοράς στη βαρύτητά του.
Εκτός από το να φωτίσει νέους τρόπους με τους οποίους μπορούν να συμπεριφερθούν τα κύματα σε άλλους πλανήτες, ο Perron ελπίζει ότι το μοντέλο θα απαντήσει σε μακροχρόνια ερωτήματα σχετικά με τον σχηματισμό του πλανητικού τοπίου.
«Σε αντίθεση με τη Γη όπου υπάρχει συχνά ένα δέλτα όπου ένας ποταμός συναντά την ακτή, στον Τιτάνα υπάρχουν πολύ λίγα πράγματα που μοιάζουν με δέλτα, παρόλο που υπάρχουν πολλά ποτάμια και ακτές. Θα μπορούσαν τα κύματα να ευθύνονται για αυτό;» αναρωτιέται ο Perron. «Αυτά είναι τα είδη των μυστηρίων που αυτό το μοντέλο θα μας βοηθήσει να λύσουμε».
www.worldenergynews.gr
