Вспоминая потерявшуюся...
...в погрешностях вычисления Gliese 581 g...
наблюдения в лаборатории за тем, как тяжелые пары гексана скапливаются в стакане и медленно переливаются через его край, а так же осознание того, что водяной пар тяжелее гелия и тем более водорода, привели к неожиданному взгляду на ее климат. А именно: на Земле мы имеем возможность наслаждаться грозами, циклонами и морскими бризами потому, что нагретый Солнцем воздух (в полном соответствии с уравнением идеального газа) расширяется, становится легче и всплывает за счет архимедовой силы, что и дает начало конвекции. Над морем нагретый воздух еще легче за счет водяного пара. Но все меняется, когда атмосфера состоит не из 78% азота и 20% кислорода, а из 95% гелия, который в 5 раз легче водяного пара!
Несложный расчет* показывает, что при атмосферном давлении pA в (MH2O - Mair)*(ΔHиспарения/RT - 1)/Mair (т.е. в 50 - 40 для гелиевой атмосферы и ~100 для водородной) и более раз превышающем давление насыщенного пара воды при данной температуре его доля в атмосфере будет мала, и при нагреве воздух все равно будет расширяться, несмотря на возрастающую концентрацию тяжелого пара. Однако если давление меньше, испаряющаяся под солнечными лучами вода сделает горячий воздух тяжелее окружающего холодного, и он будет растекаться тонким слоем в стороны от точки максимального нагрева. Теплый фронт по виду и воздействию будет напоминать пирокластический поток от вулкана!
Раскаленный поток воздуха будет растекаться до точки конденсации, а далее, поскольку освобожденный от водяного пара воздух легче не только из-за теплоты конденсации, но и из-за уменьшения молекулярной массы - взмоет вверх в кучевых облаках со скоростью подъема как у хорошего торнадо. Процесс лавинообразный, поскольку уменьшение температуры с высотой, как и на Земле, вызовет дальнейшую конденсацию, и намного более бурный - верхушки облаков часто будут пробивать тропопаузу и оказываться высоко в стратосфере, с учетом большей шкалы высоты - в полутораста километрах над поверхностью. Попутно сконденсируется и вся влага, накопленная в стокилометровом слое тропосферы до этого - много метров осадков за один день там нередкое явление, а средняя относительная влажность верхнего слоя атмосферы окажется очень низкой. Это, кстати, объяснение того, почему на Юпитере мало водяного пара - он весь скапливается внизу, куда не долетел Галилео. На уровне 150оС, по данным зонда, давление равно 24 атм, в то время как пороговое давление для такой температуры в семь раз выше, и нигде в прозондированном слое атмосферы давление до порогового не дотягивает. Тропические ураганы получают антициклональную циркуляцию со свободной от облаков центральной областью и грозовым кольцом вокруг, где за счет облачности прогрев гораздо меньше. Пороговое давление для 25oC равно 1,7 атм, а для ~100оС, которые ожидаются в подсолнечной точке Gliese 581 g, 35 - 40 атмосфер, поэтому скорее всего на большей части планеты, за исключением самой жаркой области, будет нормальный тип конвекции, а вблизи подсолнечной точки - комбинированный. Но, учитывая данные Кеплера и других наблюдений, что планеты с массой 1-10 Mearth имеют большой радиус[x] и большую шкалу высоты [x], а значит, много воды в составе и атмосферы с малой молекулярной массой, и скорее похожи на маленькие Нептуны, чем на большие Земли - это должно быть весьма распространенным сценарием в галактике...
Все это, кстати, ничуть не уменьшает обитаемости Gliese 581 g, если она все-таки существует, а если и нет - то Gliese 581 d как более тяжелая и холодная версия Gliese 581 g, и Gliese 581 e все равно имеют заметно более пригодные для обитания условия, чем любое тело Солнечной системы, кроме самой Земли. Да, и Gliese 581 e тоже, несмотря на то что она должна иметь среднюю температуру 270оС. Большая масса означает вероятное наличие кислородной атмосферы, образовавшейся при фотолизе воды и удержанной мощной гравитацией, поэтому планета ожидается либо тяжелым аналогом Мустафара при наличии приливного разогрева, либо хард-версией Арракиса - при отсутствии такового...
наблюдения в лаборатории за тем, как тяжелые пары гексана скапливаются в стакане и медленно переливаются через его край, а так же осознание того, что водяной пар тяжелее гелия и тем более водорода, привели к неожиданному взгляду на ее климат. А именно: на Земле мы имеем возможность наслаждаться грозами, циклонами и морскими бризами потому, что нагретый Солнцем воздух (в полном соответствии с уравнением идеального газа) расширяется, становится легче и всплывает за счет архимедовой силы, что и дает начало конвекции. Над морем нагретый воздух еще легче за счет водяного пара. Но все меняется, когда атмосфера состоит не из 78% азота и 20% кислорода, а из 95% гелия, который в 5 раз легче водяного пара!
Несложный расчет* показывает, что при атмосферном давлении pA в (MH2O - Mair)*(ΔHиспарения/RT - 1)/Mair (т.е. в 50 - 40 для гелиевой атмосферы и ~100 для водородной) и более раз превышающем давление насыщенного пара воды при данной температуре его доля в атмосфере будет мала, и при нагреве воздух все равно будет расширяться, несмотря на возрастающую концентрацию тяжелого пара. Однако если давление меньше, испаряющаяся под солнечными лучами вода сделает горячий воздух тяжелее окружающего холодного, и он будет растекаться тонким слоем в стороны от точки максимального нагрева. Теплый фронт по виду и воздействию будет напоминать пирокластический поток от вулкана!
Раскаленный поток воздуха будет растекаться до точки конденсации, а далее, поскольку освобожденный от водяного пара воздух легче не только из-за теплоты конденсации, но и из-за уменьшения молекулярной массы - взмоет вверх в кучевых облаках со скоростью подъема как у хорошего торнадо. Процесс лавинообразный, поскольку уменьшение температуры с высотой, как и на Земле, вызовет дальнейшую конденсацию, и намного более бурный - верхушки облаков часто будут пробивать тропопаузу и оказываться высоко в стратосфере, с учетом большей шкалы высоты - в полутораста километрах над поверхностью. Попутно сконденсируется и вся влага, накопленная в стокилометровом слое тропосферы до этого - много метров осадков за один день там нередкое явление, а средняя относительная влажность верхнего слоя атмосферы окажется очень низкой. Это, кстати, объяснение того, почему на Юпитере мало водяного пара - он весь скапливается внизу, куда не долетел Галилео. На уровне 150оС, по данным зонда, давление равно 24 атм, в то время как пороговое давление для такой температуры в семь раз выше, и нигде в прозондированном слое атмосферы давление до порогового не дотягивает. Тропические ураганы получают антициклональную циркуляцию со свободной от облаков центральной областью и грозовым кольцом вокруг, где за счет облачности прогрев гораздо меньше. Пороговое давление для 25oC равно 1,7 атм, а для ~100оС, которые ожидаются в подсолнечной точке Gliese 581 g, 35 - 40 атмосфер, поэтому скорее всего на большей части планеты, за исключением самой жаркой области, будет нормальный тип конвекции, а вблизи подсолнечной точки - комбинированный. Но, учитывая данные Кеплера и других наблюдений, что планеты с массой 1-10 Mearth имеют большой радиус[x] и большую шкалу высоты [x], а значит, много воды в составе и атмосферы с малой молекулярной массой, и скорее похожи на маленькие Нептуны, чем на большие Земли - это должно быть весьма распространенным сценарием в галактике...
Все это, кстати, ничуть не уменьшает обитаемости Gliese 581 g, если она все-таки существует, а если и нет - то Gliese 581 d как более тяжелая и холодная версия Gliese 581 g, и Gliese 581 e все равно имеют заметно более пригодные для обитания условия, чем любое тело Солнечной системы, кроме самой Земли. Да, и Gliese 581 e тоже, несмотря на то что она должна иметь среднюю температуру 270оС. Большая масса означает вероятное наличие кислородной атмосферы, образовавшейся при фотолизе воды и удержанной мощной гравитацией, поэтому планета ожидается либо тяжелым аналогом Мустафара при наличии приливного разогрева, либо хард-версией Арракиса - при отсутствии такового...