Queste vallate marziane mostrano dislivelli superficiali provocati dalla pioggia in epoche remote (e umide) del Pianeta rosso. Crediti: Esa
In ogni pianeta in cui sia presente un ciclo di evaporazione e condensazione di un gas, come l’acqua sulla Terra, la pioggia è l’elemento chiave che permette di riportare sulla superficie ciò che si trova in atmosfera. Siccome le gocce di pioggia (o i chicchi di grandine) cadono in luoghi lontani da quelli in cui si sono formate in nubi, sono in grado di trasportare calore da una parte all’altra dell’atmosfera. Inoltre, essendo legate ai cicli di formazione delle nubi e dell’umidità in atmosfera, sono anche legate a doppio filo all’effetto serra e alle variazioni di riflettività di una superficie planetaria. Le precipitazioni hanno quindi un ruolo essenziale negli equilibri climatici e conoscerne le proprietà permette di avere un quadro più approfondito dei cicli che governano un’atmosfera planetaria.
Ciononostante, studiarli resta una sfida per i modelli climatologici a causa dell’estrema complessità dei sistemi atmosferici, governati da molte variabili e leggi diverse e caotiche. Ogni risultato in quest’ambito è necessariamente un compromesso tra la complessità e la fattibilità degli esperimenti e dei modelli utilizzati. In un recente studio condotto all’università di Harvard, i ricercatori hanno approfondito alcuni aspetti delle precipitazioni planetarie. Il loro risultato è che le gocce di pioggia sono estremamente simili in dimensioni nei vari pianeti, anche fra mondi che più diversi non si potrebbe, come nel caso della Terra e di Giove.
«Il ciclo vitale delle nubi è molto importante quando pensiamo all’abitabilità di un pianeta», dice Kaitlyn Loftus, prima autrice dello studio. «Ma le nubi e le precipitazioni sono veramente complicate e troppo complesse per simularne in maniera precisa e completa il comportamento».
I ricercatori si sono allora concentrati su un solo aspetto di questi complessi fenomeni: il comportamento delle singole gocce. Un aspetto essenziale per studiarlo è la dimensione: se la goccia è troppo piccola, evapora prima di toccare la superficie; d’altra parte, se è troppo grande, si rompe perché la tensione superficiale non riesce a custodirla, e questo vale sia che si parli di acqua, che di metano o di ferro liquido in un esopianeta come Wasp-76b.
C’è un intervallo ottimale di dimensioni in cui le gocce non sono né troppo grandi né troppo piccole e i ricercatori lo hanno identificato a partire dallo studio della forma della goccia, della velocità di caduta e di quella di evaporazione.
Il ciclo dell’acqua terrestre in un’infografica dell’Usgs. Crediti: Usgs
La forma è la stessa per i diversi materiali e dipende unicamente dalla loro massa: quando è piccola, è sferica, e mano mano che si ingrandisce acquisisce sempre più una forma allungata (a goccia, per l’appunto). La velocità di caduta dipende fortemente da questa forma, dalla forza di gravità e dalla densità dell’aria. L’evaporazione è più o meno veloce a seconda delle proprietà atmosferiche locali nel loro complesso, come la composizione, la pressione, la temperatura e l’umidità.
La scoperta della ricerca di Harvard è che, nonostante la grande varietà di condizioni che possono essere presenti nelle diverse atmosfere planetarie, la dimensione ottimale delle gocce si trova in uno stretto intervallo. Questo ha importanti conseguenze nello studio delle atmosfere planetarie e della loro abitabilità, ma anche della modellistica della climatologia terrestre. «La semplice goccia di pioggia è una componente fondamentale del ciclo di precipitazione di ogni pianeta», dice Robert Wordsworth, l’altro autore dello studio. «Se capiamo come le singole gocce si comportano, possiamo rappresentare in maniera più precisa la pioggia nei complessi modelli climatici».
Per saperne di più:
- Leggi su Jgr Planets l’articolo “The Physics of Falling Raindrops in Diverse Planetary Atmospheres”, di K. Loftus e R.D. Wordsworth