科学研究发现外星雨滴与地球上的雨滴出奇地相似

  一项新的研究发现,其他行星和卫星上的雨滴与地球上的雨滴大小接近 ,尽管它们具有不同的化学成分,并且落在大不相同的大气层中。研究人员说,这些结果表明,从云层中落下的雨滴在广泛的行…

  一项新的研究发现,其他行星和卫星上的雨滴与地球上的雨滴大小接近 ,尽管它们具有不同的化学成分,并且落在大不相同的大气层中。研究人员说,这些结果表明,从云层中落下的雨滴在广泛的行星条件下具有惊人的相似性,这可以帮助科学家更好地了解其他世界的气候和降水周期。

  地球上的雨滴是由水组成的,但是我们太阳系中的其他世界的降水是由更不寻常的东西组成的。在金星上,下的是硫酸;在木星上,下的是氦气和粘稠的氨水冰雹。在火星上,下的是二氧化碳,或干冰。在土星的卫星泰坦上,下的是甲烷,或液化天然气。而在海王星上,科学家怀疑它下的是钻石形式的纯碳。如果条件合适,它甚至可以在一些行星上下铁或石英。

  一项新的研究对液滴从云中落下时的物理学表现进行了研究,发现只有云中的液滴在有限的尺寸范围内,半径大约在十分之一毫米到几毫米之间,可以作为雨到达岩石行星的表面。这是一个相当狭窄的尺寸范围,因为雨滴在云中形成的过程中体积增加了约一百万倍。

  研究结果还显示,在不同的行星条件下,作为雨滴落下的液滴的最大尺寸是相似的。不同类型的液滴的最大尺寸大约是地球上水雨的一半到六倍,这取决于行星的引力强度(引力越强,雨滴越小)。下图比较地球、火星、木星、土星和土卫六的雨滴大小。

  哈佛大学的行星科学家、AGU《地球物理研究》杂志上这项新研究的主要作者凯特琳-洛夫特斯表示,这些不同成分的雨滴可以有一个相当小的稳定尺寸范围,它们都从根本上被限制在相同的最大尺寸。该杂志发表了关于太阳系及以外的行星、卫星和天体的形成和演变的研究。

  在新的研究中,Loftus和同事Robin Wordsworth使用数学和物理学原理来模拟液态水滴如何在行星大气中下落。他们想确定水滴从云层落到行星表面的可能尺寸范围。太大的雨滴会分解成更小的雨滴,而太小的雨滴则会在落地前蒸发掉。他们首先确定了在地球和火星这样的岩石行星上水滴的可能大小范围,考虑到大气条件,如温度、气压、相对湿度、从云层到地面的距离以及行星引力的强度。

  他们发现半径小于十分之一毫米的雨滴在到达地面之前就已经蒸发了,而半径大于几毫米的雨滴在落下时就会分解成更小的水滴。然后,他们研究了水滴如何落在像木星和土星这样具有巨大大气层的行星上。比较现代地球、古代火星和这些更大气态行星,他们发现雨滴在空气中移动情况类似,尽管构成 “空气 “的因素在行星之间有很大差异。

  根据研究人员的计算,即使不同的液体组成了雨滴,这些外星雨滴与熟悉的水雨滴也没有太大的区别。例如,土卫六上最大的甲烷雨滴是地球上雨滴的两倍左右。Loftus不确定为什么最大的雨滴尺寸如此均匀,但她怀疑这可能是由于水滴的表面张力与其密度的关系。

  洛夫特斯说,这些发现将帮助科学家更好地模拟其他星球上的条件,因为降水是一个星球的气候和营养循环中的关键组成部分。模拟一个遥远世界的降水可能是什么样子,也可以帮助研究人员解释空间望远镜对系外行星大气的观测。

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