一項新的研究發現,其他行星和衛星上的雨滴與(yu) 地球上的雨滴大小接近 ,盡管它們(men) 具有不同的化學成分,並且落在大不相同的大氣層中。研究人員說,這些結果表明,從(cong) 雲(yun) 層中落下的雨滴在廣泛的行星條件下具有驚人的相似性,這可以幫助科學家更好地了解其他世界的氣候和降水周期。
地球上的雨滴是由水組成的,但是我們(men) 太陽係中的其他世界的降水是由更不尋常的東(dong) 西組成的。在金星上,下的是硫酸;在木星上,下的是氦氣和粘稠的氨水冰雹。在火星上,下的是二氧化碳,或幹冰。在土星的衛星泰坦上,下的是甲烷,或液化天然氣。而在海王星上,科學家懷疑它下的是鑽石形式的純碳。如果條件合適,它甚至可以在一些行星上下鐵或石英。
一項新的研究對液滴從(cong) 雲(yun) 中落下時的物理學表現進行了研究,發現隻有雲(yun) 中的液滴在有限的尺寸範圍內(nei) ,半徑大約在十分之一毫米到幾毫米之間,可以作為(wei) 雨到達岩石行星的表麵。這是一個(ge) 相當狹窄的尺寸範圍,因為(wei) 雨滴在雲(yun) 中形成的過程中體(ti) 積增加了約一百萬(wan) 倍。
研究結果還顯示,在不同的行星條件下,作為(wei) 雨滴落下的液滴的最大尺寸是相似的。不同類型的液滴的最大尺寸大約是地球上水雨的一半到六倍,這取決(jue) 於(yu) 行星的引力強度(引力越強,雨滴越小)。下圖比較地球、火星、木星、土星和土衛六的雨滴大小。
哈佛大學的行星科學家、AGU《地球物理研究》雜誌上這項新研究的主要作者凱特琳-洛夫特斯表示,這些不同成分的雨滴可以有一個(ge) 相當小的穩定尺寸範圍,它們(men) 都從(cong) 根本上被限製在相同的最大尺寸。該雜誌發表了關(guan) 於(yu) 太陽係及以外的行星、衛星和天體(ti) 的形成和演變的研究。
在新的研究中,Loftus和同事Robin Wordsworth使用數學和物理學原理來模擬液態水滴如何在行星大氣中下落。他們(men) 想確定水滴從(cong) 雲(yun) 層落到行星表麵的可能尺寸範圍。太大的雨滴會(hui) 分解成更小的雨滴,而太小的雨滴則會(hui) 在落地前蒸發掉。他們(men) 首先確定了在地球和火星這樣的岩石行星上水滴的可能大小範圍,考慮到大氣條件,如溫度、氣壓、相對濕度、從(cong) 雲(yun) 層到地麵的距離以及行星引力的強度。
他們(men) 發現半徑小於(yu) 十分之一毫米的雨滴在到達地麵之前就已經蒸發了,而半徑大於(yu) 幾毫米的雨滴在落下時就會(hui) 分解成更小的水滴。然後,他們(men) 研究了水滴如何落在像木星和土星這樣具有巨大大氣層的行星上。比較現代地球、古代火星和這些更大氣態行星,他們(men) 發現雨滴在空氣中移動情況類似,盡管構成 "空氣 "的因素在行星之間有很大差異。
根據研究人員的計算,即使不同的液體(ti) 組成了雨滴,這些外星雨滴與(yu) 熟悉的水雨滴也沒有太大的區別。例如,土衛六上最大的甲烷雨滴是地球上雨滴的兩(liang) 倍左右。Loftus不確定為(wei) 什麽(me) 最大的雨滴尺寸如此均勻,但她懷疑這可能是由於(yu) 水滴的表麵張力與(yu) 其密度的關(guan) 係。
洛夫特斯說,這些發現將幫助科學家更好地模擬其他星球上的條件,因為(wei) 降水是一個(ge) 星球的氣候和營養(yang) 循環中的關(guan) 鍵組成部分。模擬一個(ge) 遙遠世界的降水可能是什麽(me) 樣子,也可以幫助研究人員解釋空間望遠鏡對係外行星大氣的觀測。
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