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系外宜居行星的降雨模式与地球类似

系外宜居行星的降雨模式与地球类似

系外宜居行星的降雨模式与地球类似

(神秘的地球uux.cn报道)据cnBeta:未来某一天,人类可能会登上另一个宜居的星球。即便地貌与地球截然不同,但大家肯定不会对某种自然现象感到陌生,那就是 —— 下雨!近日,哈佛大学研究人员在JGR《行星》期刊上发表了一篇新论文,其中就提到了不同行星环境中的雨滴仍非常相似 —— 甚至与地球和木星完全不同的行星也是如此。

了解其它星球上的雨滴行为,不仅能够揭示火星等行星上的远古气候,也是确定太阳系外潜在宜居行星的一个关键。

研究一作、地球与行星科学系研究生Kaitlyn Loftus表示:在考虑行星的宜居性时,云层的生命周期就显得尤为重要。然而云和将水之间的关系实在太复杂,此前完全无法通过完全地建模来了解。

为此,研究人员想到了寻求更简单的云演化方法,第一步就是液滴到底是在大气中蒸发、还是最终以雨滴的形式落到地面。

哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)环境科学与工程系副教授Robin Wordsworth指出:“降雨是所有行星水循环的一个重要组成本部分,若我们了解了单个雨滴的行为,就可更好地预测复杂气候模型中的降雨”。

如果液滴太大,很可能因为表面张力的不足而破裂。如果水滴太小,又极有可能在落地前蒸发殆尽。为此,Loftus和Wordsworth选择了仅考虑三个属性,即水滴的形状、下落速度、以及蒸发速度。

据悉,液滴形状在不同成分的降雨材料上都是相同的,并且主要取决于液滴的重量。尽管许多人会想到水龙头下方的泪滴形水滴,但雨滴在很小时其实呈现的是球形、然后逐渐增大并变得更加苗条、最终变成了汉堡顶部的面包片形状。

随后雨滴的下落速度,主要取决于相应的形状、以及重力 / 周围空气密度的关系。至于蒸发的速度,则受大气成分、气压、温度、相对湿度等因素的影响。

在综合考量了上述所有因素之后,Loftus和Wordsworth最终得出了一个结论 —— 数学计算都表明,在相当广泛的行星条件下,云中潜在大小合适的液滴中,都只有很小一部分能最终到达地面。

之后当我们需要在系外行星上模拟云周期时,即可用这套行为理论来作为指导。此外从长远来看,我们还可借此来深入了解地球自身、以及系外宜居行星的气候。

有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《JGR Planet》期刊上,原标题为《The Physics of Falling Raindrops in Diverse Planetary Atmospheres》。

相关报道:在地球控制雨滴的物理原理在其他星球或也行得通

(神秘的地球uux.cn报道)据cnBeta:外媒报道,地球上的雨我们已经非常熟悉,它的大小和形状相对来说是可以预测的,虽然我们注意到世界上一些地方出现了更多极端天气和降水减少,但降雨本身变化不大。事实证明,在其他行星上也可能是这样的。一项新研究表明,虽然在其他星球上、降水的组成可能也会有很大的不同,但这些雨滴对人类旅行者来说可能非常熟悉。

最新发表在《Journal of Geophysical Research: Planets》上的研究表明,控制雨滴在地球上形成和下落的物理原理可能在其他行星上也行得通--即使“雨”的构成非常不同。研究人员在模拟雨滴从木星和土星等行星大气层中下落的过程中发现行星的类型对下雨并不那么重要。据悉,木星和土星跟地球等岩石行星有着很大的不同。

研究人员通过不同类型的大气模拟了降水,结果发现决定地球上雨滴大小的因素似乎普遍正确。当水滴太小时,它们在到达表面前就蒸发了,但当它们太大时,它们会在撞击前就分裂成更小的水滴。不管当时的大气类型或雨本身的构成是什么,中间地带则是绝大多数雨滴在落下一段相当长的距离后落下的地方。

有些星球的降雨量比地球略大,如土卫六。据悉,土卫六上的雨滴是由甲烷而非液态水构成,其被认为约是地球上雨滴的两倍,但对于一个迥然不同的行星来说,这仍是很小的变化。这听起来非常疯狂但却很有道理。物理学可不关心你在哪个星球上,它会以同样的方式支配一切。

而更令人兴奋的是,如果詹姆斯·韦伯太空望远镜发射升空的话,那么科学家将可能很快就会能通过望远镜技术来对其他世界的降雨量做出更准确的估计。




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