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外星世界下雨是什么样的?铁雨和钻石雨都有,但原理却出奇地相似

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如果有一天,你踏上了外星球的世界。那么你要做好心理准备,因为在那些世界,连下雨都和地球是那么地不同。

异域降“雨”

(图片说明:金星的表面经常会下起恐怖的酸雨)

所谓的降雨,其实就是空气里有什么,凝结之后就落下什么。问题在于,不同的星球,空气里的成分也不一样,于是就会造就五花八门的诡异降雨。

在金星上,你会看到非常恐怖的酸雨。金星大气中有大量的硫氧化物,尤其是二氧化硫,它们会与水结合形成硫酸,而且浓度很高。

在火星上,你可能看不到降雨,而是会看到降雪。而且,火星上的雪也和地球不一样,这里的雪并非由水凝结的,而是二氧化碳凝结的干冰。

(图片说明:火星表面覆盖着大量的干冰)

木星的大气成分以氢和氦为主,其中的氦就会形成一种诡异的降雨。在木星的氢气云下方10000公里的位置上,氦气会在强大的压力下被压缩到凝结,形成氦雨。由于木星没有固体表面,所以这种降雨也无所谓落在地表,而是会随着木星的恐怖风暴而飘摇。

在土星的卫星土卫六大气中,氮气占据了绝大部分,同时还有甲烷、氨气等气体。由于表面温度低,这两种气体也会凝结成液滴,在土卫六的大气中上演一场甲烷雨。

太阳系内最诡异的雨,大概就是天王星和海王星上的钻石雨了。这两颗冰巨星的甲烷会在内部的高压环境中分解,并压缩成钻石,然后形成钻石雨落下。你可能已经眼馋了,不过很遗憾,这些钻石只能在冰巨星的大气里继续起起伏伏,而不能被我们带回来。

(图片说明:海王星上会下钻石雨)

系外行星上的铁雨

海王星还算是比较“正常”的,在391光年以外的一颗系外行星上,下的雨才令人惊叹。

WASP-76b是一颗在2013年时被发现的系外行星,直径是木星的1.82倍,质量约为木星的92%。它距离宿主恒星非常近,只有大约494万公里,相当于日地距离的3.3%左右。

(图片说明:热木星艺术图)

在这个距离下,它自然会被烤得非常热,也就成为了所谓的热木星。而且,由于距离过近,它也被宿主恒星潮汐锁定,只有一面能够朝向宿主恒星,于是这一面的温度永远居高不下,可以达到恐怖的2400℃。在这个恐怖的温度下,很多分子都会承受不住而分裂为原子,甚至是铁都会融化并且进入到大气中,形成一朵铁做的云。

WASP-76b和木星一样,也有非常恐怖的暴风,这些进入到大气中的铁会被吹到背向恒星的一面。虽然这里永远看不到恒星,但温度也高达1500℃。不过,这个温度不足以让铁留在云层中,于是这里的铁就会以降雨的形式落下去。就这样,一场恐怖的铁雨就形成了。然后,落下的铁被带回到正面,继续重复上述过程……

(图片说明:WASP-76b表面的铁雨艺术图)

不同的雨,相同的规律

不论是普通的地球上的雨,还是金星上的酸雨,抑或是海王星上的钻石雨和WASP-76b上的铁雨,本质上大相径庭,但神奇的是,它们在原理上竟然有很大的相似之处。在下落的过程中,不同的雨滴其实遵循着相同的规律。

在最近的一项研究中,哈佛大学地球和行星科学系的研究生Kaitlyn Loftus及其团队模拟了各种不同的行星上雨滴的表现,得到了这个惊人的发现。

雨滴的大小,受到很多因素的影响。比如:行星的引力越大,雨滴的尺寸就越小。此外,温度、气压、周围环境的相对湿度以及雨滴的初始高度,都会影响雨滴的尺寸。

而雨滴的尺寸,又影响着它自身的命运。雨滴太小的话,还没等落到地上,就完全蒸发了,就比如刚才提到的金星酸雨。雨滴也不可能非常大,因为太大的雨滴在下落过程中就会破裂成小的雨滴。

以地球和火星这样的岩石行星来说,一滴雨的半径大概在0.1毫米到几毫米之间,地球上最大的雨滴半径可达11.18毫米,大致相当于你小拇指的厚度,而且它们都可以顺利地落到地表。

到了土卫六上,情况就不一样了。它的雨滴可以达到29.96毫米,相当于一个大拇指指节的长度。

雨滴的意义

那么,科学家们研究外星的雨滴,有什么用呢?

研究人员指出:这样的研究不仅帮助我们更好地了解太阳系内各大行星的环境,甚至也有助于我们了解哪些遥远的系外行星。通过数学和物理学的建模过程,研究人员可以更好地模拟系外行星的大气层等环境,这也有助于我们推测某颗系外行星上是否曾经或者正在孕育生命。

哈佛大学的约翰·A·保尔森工程与应用科学学院的环境科学与工程副教授Robin Wordsworth指出:雨滴的降落方式看起来毫不起眼,但它是一颗行星上降水循环的重要组成部分。如果我们能够掌握其中单个雨滴的降落过程,那么就能够在更复杂的气候模型中了解整个降雨过程。

(图片说明:外星降雨模拟画面)

Loftus也表示:“在我们考虑一颗行星宜居程度的时候,云层的循环周期确实有至关重要的作用。然而,云层和降水过程又是如此复杂,以至于我们目前还无法完全实现建模。目前,我们正在试图找到更简单的方法来理解云层的变化,了解雨滴到底会在大气中就蒸发还是会落到地面,这还只是第一步。”

今年10月份,NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜将会发射升空,它将会带领我们窥探系外行星的大气层。届时,凭借着它的强大观测能力,即使隔着数百光年的遥远距离,我们也能够想象到那些系外行星上下雨的画面是什么模样了。

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