有一天,人类可能会踏上另一个宜居的星球。那颗行星看起来可能与地球截然不同,但其中一件事会让您感到熟悉——雨。
哈佛大学的研究人员在最近的一篇论文中发现,在不同的行星环境中,雨滴是非常相似的,甚至与地球和木星完全不同的行星也是如此。了解其他星球上的雨滴的行为不仅是揭示诸如火星这样的行星上古老的气候,而且是识别太阳系之外潜在可居住的行星的关键。
该论文的主要作者,地球与行星科学系的研究生Kaitlyn Loftus说:“当我们考虑行星的宜居性时,云的生命周期非常重要。” “但是云和降水确实很复杂,太复杂了,无法完全建模。我们正在寻找更简单的方法来理解云如何演化,第一步要先搞清楚雨滴是在大气中蒸发还是在雨中到达地面。”
哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)环境科学与工程副教授,该论文的高级作者Robin Wordsworth说:“雨滴虽小,但它却不可否认地是所有行星降水循环的重要组成部分。” 。“如果我们了解单个雨滴的行为,我们可以更好地表示复杂气候模型中的降雨。”
对于气候建模者而言,雨滴行为的一个重要方面是雨滴是否会到达地面,因为大气中的水在行星气候中起着重要作用。为此,雨滴的大小很重要。太大,并且由于表面张力不足,液滴会破裂。无论是水、甲烷,还是WASP-76b系外行星上的液态钢,体积太大的液滴都一样会破裂。太小,水滴又会在撞击表面之前蒸发。
Loftus和Wordsworth仅使用三个属性(水滴形状,下落速度和蒸发速度)确定了受雨滴大小影响的“金凤花”区域(Goldilocks zone)。“金凤花”区域,指的是一个刚好能够让构成智慧生命的化学物质产生的狭窄参数频数范围。
液滴的形状在不同的物质上是相同的,并且主要取决于水滴的重量。尽管我们许多人可能会想到传统的泪滴状水滴,但当雨滴还很小的时候它实际上呈球形,随着雨滴的增大逐渐变细,直到转变成汉堡包顶部的形状。下降速度取决于液滴形状以及重力和周围空气的厚度。
而蒸发速度则更为复杂,受大气成分、压力、温度以及相对湿度等的影响。
考虑到所有这些特性,Loftus和Wordsworth发现在广泛的行星条件下,雨滴的数学计算意味着云层中产生的雨滴只有很小一部分有足够刚好的大小让其能够成功滴落到地面上。
研究通过计算不同环境中的雨滴和云层而获得的见解可以帮助科学家更好地理解系外行星宜居性的。从长远来看,它们还可以帮助我们更深入地了解地球本身的气候。
参考资料:
https://www.sciencedaily.com/releases/2021/04/210406084054.htm
论文链接:
https://doi.org/10.1029/2020JE006653
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