外星雨滴令人惊讶地类似于地球的雨水

木星上的浅闪电

此图使用NASA的JUNO使命获得的数据描述木星上的高空电信风暴。Juno的敏感恒星参考单元摄像头检测到在宇宙飞船的近距离行星的弗氏蝇糊中,在木星的黑暗面上检测到异常闪电。荣誉:NASA / JPL-CALTECH / SWRI / MSSS / GeraldEichstädt

尽管具有不同的化学成分和落下了巨大不同的大气,但新的研究发现,其他行星和卫星上的雨滴是接近地球上的雨滴的大小。结果表明,雨滴落在各种各样的行星条件下,令人惊讶地相似,这可能有助于科学家介绍研究人员的说法,这可能有助于科学家更好地了解其他世界的气候和降水周期。

地球上的雨滴是用水制成的,但我们太阳系的其他世界具有更加不寻常的东西。上金星,下雨硫酸;上木星,下雨氦气和糊状的氨冰雹。上火星,它淹没二氧化碳,或干冰。上土星月亮泰坦,下雨,或液化天然气。和上海王星科学家怀疑它以钻石的形式降雨。如果条件是正确的,它甚至可以在一些行星上雨或石英。

一种新的研究,看着物理学的物理学在云层落下时,只有在有限尺寸范围内的云中的液滴 - 大约十分之一到半径的大约几毫米 - 可以到达雨水的岩石行星表面。这是一个相当窄的尺寸范围,因为雨滴在云层内部的形成期间增加了大幅增加了大约一百万次。

外星雨滴图

一个信息图表比较不同行星上的雨滴的大小。请注意泰坦和当前火星对于液体雨滴太冷。信用:AGU.

结果还显示了落下的液滴的最大尺寸,随着雨水在不同的行星条件下具有相似的液滴。不同类型的液体液滴将最大值大约半折到地球上的水雨尺寸的大小,取决于行星引力拉的强度(重力拉力越强,雨滴越小)。找到地球,火星,木星,土星和泰坦上的雨滴大小的信息图表比较。

“这些不同的成分雨滴可以具有相当小的稳定尺寸;哈佛大学的行星科学家凯特林德阁卢斯表示,它们都是根本限于相同的最大规模。“Agu的新研究领导作者地球物理研究杂志:行星,发表了对我们太阳系及超越的行星,卫星和物体的形成和演变的研究。

雨在其他世界

在新的研究中,Loftus和同事罗宾Wordsworth使用了数学和物理原则来模拟液体水滴如何通过行星大气压。他们希望确定从云到行星表面落下的液滴的可能尺寸范围。雨滴太大了分成较小的雨滴,而在撞到地面之前的雨滴太小蒸发。

他们首先确定了地球和火星等岩石行星上的水雨滴的可能尺寸范围,给定温度,空气压力,相对湿度等大气条件,距离云到地面的距离,以及行星引力拉的强度。

它们发现雨滴的半径小于约十分之一的毫米蒸发在达到表面之前蒸发,并且随着它们落下的雨后,大于几毫米的雨滴将分为较小的液滴。

然后,他们看着水雨滴如何落下像木星和土星一样更大的行星,这些星星具有巨大不同的气氛。比较现代地球,古马斯和这些更大的行星,他们发现雨滴同样地通过空气移动水,即使构成“空气”在行星中广泛变化。

据研究人员的计算,即使不同的液体组成雨滴,这些外星雨滴与熟悉的水雨滴没有那么不同。例如,泰坦上最大的甲烷雨滴将是地球上水雨大小的两倍。Loftus不确定为什么最大雨滴尺寸如此均匀,但她怀疑它可能是由于液滴的表面张力如何与其密度相关。

Loftus说,调查结果将帮助科学家更好地模拟其他行星上的条件,因为降水是行星气候和营养周期的关键部件。Modeling what precipitation might look like on a distant world could also help researchers interpret observations of exoplanetary atmospheres made by space telescopes, said Tristan Guillot, a planetary scientist at the Observatoire de la Côte d’Azur in Nice, France, who was not connected to the new study.

“现在有乐器,如[詹姆斯韦伯太空望远镜], which hopefully will soon be launched, we will have the capability to detect really fine spectra of exoplanetary atmospheres, including ones that are quite cooler than ones we’re usually able to characterize, in which clouds and rain will occur,” Guillot said. “So these kinds of tools as they are developed will be very useful and important to interpret those spectra.”

参考:“不同行星大气中雨滴下降的物理”由Kaitlyn Loftus和Robin D.Wordsworth,2021年3月15日,地球物理研究 - 行星杂志
DOI:10.1029 / 2020JE006653

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