当沙尘暴出现在火星,当木星发生闪电,当天气现象会出现在别的行星上会是什么样子?
图解:一幅由艺术家创作的外星球WASP-76b的图像,图源:Frederik Peeters
这篇文章最初发表于《对话》杂志。 《对话》杂志为Space.com的专家之声:Op-Ed & Insights提供了这篇文章。
当奥斯卡王尔德出说 “关于天气的谈话是没有想象力的人最后的避难所 “这句话时,他没有意识到地球以外的行星和卫星上的一些更极端的天气。
自从1992年人类发现第一颗系外行星以来,先后共发现了4000多颗围绕在除我们自己的恒星运行的行星。
对系外行星的研究包括了: 试图确定系外行星的大气成分,这主要是为了确定那里是否可能存在生命的问题。在寻找生命的过程中,天文学家发现了大量潜在的生存世界。
下文通过四个其他天体上的怪异天气的例子,来证明系外行星的大气层可能有多大变化。
WASP-76b上的铁雨
天文学家们发现了WASP-76,这是一颗大型高温系外行星。WASP-76的表面大约是木星的两倍,温度高达4000华氏度(2200摄氏度)。这意味着很多在地球上是固体的材料在WASP-76b上会融化和蒸发,例如铁。
一项特别有名的研究中所描述:在这颗行星白天的那一面上,朝向它的恒星,这些铁被变成了气体。它在大气层中上升,并流向夜晚的一侧。
当这些气态的铁到达星球的夜间一侧时,那里的温度较低,铁就会凝结成液体,然后落向表面。这是目前唯一的例子,WASP-76的温度变化足以让它在夜间真的下铁雨。
图解: WASP-76b的夜景概念图。这颗超热的巨型系外行星有一个白天,温度达到4350华氏度(2400摄氏度)以上,高到足以使金属汽化。强风将铁蒸气带到较冷的夜面,在那里凝结成铁滴。在图片的左边,是系外行星的晚间边界,在那里从白天过渡到黑夜。图源:ESO/M. Kornmesser
土卫六上的甲烷湖、
与其说土卫六是一颗行星,不如说它是土星的最大卫星。它非常有趣,因为它有一个相当大的大气层,这对于一个围绕行星运行的卫星来说是很罕见的。
在土卫六的表面有着像地球上的河流液体在流动。但与地球不同的是,这种液体不是水,而是不同碳氢化合物的混合物。在地球上,我们会用这些化学物质(乙烷和甲烷)作为燃料,但在土卫六上,由于足够寒冷,它们保持液态并形成湖泊。
人们认为冰火山将这些碳氢化合物零星地作为气体射入大气中,形成云层,然后凝结成雨。但这种降水与我们在地球上的阵雨不同,因为它只下了大约0.1%的时间,并且雨滴会更大(约为1厘米),并且由于重力降低和阻力增加,落下的速度要慢五倍。
图解:土卫六上的甲烷湖,图源:: NASA/JPL-Caltech
火星上的风
火星有着与地球完全不同的天气系统,主要是因为火星十分干燥,大气层更为薄。由于没有明显的磁场,火星的大气层向太阳的磁场开放,而太阳的磁场会将上层大气剥离。于是留下了一个稀薄的大气层,主要由二氧化碳组成。
美国宇航局的直升机Ingenuity在火星上的首次动力飞行令人惊讶——不仅因为探索因素,而且因为旋翼在稀薄的大气层中提供的升力非常小,大约只有地球表面的2%。与这种稀薄的大气层相对应的是双组大叶片,以每分钟约2500转的速度旋转,大致相当于无人机旋翼的速度,但比客运直升机快得多。
虽然火星的大气层很薄,但它并不平静。平均30公里/小时(20英里/小时)的风速足以使地表物质四处移动,维京号登陆器的早期观测测量到的风速高达110公里/小时(70英里/小时)。
火星有大规模的沙尘暴而闻名,这些沙尘暴遮蔽了表面的视线,并可能持续数周之久。所以高速沙尘暴的前景成为了探索该星球的一个主要问题,但因为大气层很薄,所以大气层的压力很小。例如,电影《火星人》中火箭被吹翻的场景根本不会发生。
图解:沙尘暴前(左)和沙尘暴期间(右)的火星,图源:NASA/JPL-Caltech/MSSS, CC BY
木星上的闪电
1979年,旅行者1号飞过木星,见证了木星上闪电的袭击。在2016年,朱诺任务对木星上的闪电风暴进行了深入的观察。
在地球上,大部分的闪电都集中在赤道附近。但在木星上,大气层的稳定性意味着大多数对流和湍流发生在极地附近,这也是闪电发生的主要地点。在木星上,闪电产生的方式不是地球上的,而是过冷的水滴与冰块碰撞,在氨的雪球中积累电荷。这种氨作为水的防冻剂,使其在更高的海拔地区保持液态。
木星甚至还有不太为人所知的闪电,叫做鬼怪和精灵。鬼怪是由闪电形成的,它从云层中上升到大气层上部,并产生短暂的红色光芒,而精灵是当闪电击中我们大气层的带电部分(电离层)时形成的环。这些在1921年就被预测到了,但直到1989年才在地球上被拍到,主要是由于风暴云的阻挡。
图解:一个鬼怪在木星大气层中可能是什么样子。图源:Image credit: NASA/JPL-Caltech/SwRI
BY:Ian Whittaker
FY: 秋白
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