在外星世界裏，降雨有何不同？

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微生物捕集水中的礦物質和沉澱物，形成了薩爾達湖岸邊的岩石。

系外行星Kepler 62f需要有富含二氧化碳的大氣層，才能讓水以液體形式存在。

在土星最大的衛星——土衛六上，存在定期降雨。與地球上的降雨事件類似，土衛六的“雨水”也經曆了地表液體蒸發-空中凝結-降落地表等一系列過程。在地球上，這被稱為水文（或水循環），它是地球氣候不可或缺的一部分。而在土衛六上，參與循環過程的是甲烷，而不是水。

近年來，科學家們發現系外行星也存在類似降雨模式——“金屬雨”或者“熔岩雨”。由此，他們也產生了一個疑問：外星世界的雨水到底有多奇妙？

phys.org網站當地時間3月8日報道，美國哈佛大學的研究人員Kaitlyn Loftus和Robin D. Wordsworth研究了不同太陽系外行星環境中降雨情況的區別。

科學家通過地球的歷史降雨記錄能夠了解地球氣候的動力學性質，但他們無法對系外行星展開同樣的研究。不過，根據對地球條件的認識，他們可以預測火星和土衛六的氣候。

在本次研究中，Loftus等人證明：上述理論也適用於系外行星研究。他寫道：“氣候是影響可居住性的關鍵因素之一。在理解不同行星環境中的氣候時，雲層行為構成了主要的不確定性驅動因素。降雨是雲層‘消亡’的關鍵步驟，因此理解降雨的作用，可以幫助我們約束雲層行為，進而更好地預測行星氣候。”

降雨還有助於控制大氣中滯留的水分。水蒸氣是一種良好的溫室氣體，大氣中水分含量的平衡性也會影響氣候。降雨既是穩定行性氣候（碳酸鹽-矽酸鹽循環）負反饋機制的重要組成部分，也是外星“宜居帶”概念的基礎。Loftus說，當下一代望遠鏡加入潛在宜居系外行星搜索任務時，有關降雨的知識將是必不可少的。

雖然預測遙遠系外行星的降雨模式非常困難，但單個雨滴的行為是相對容易理解的。研究人員指出，通過分析單個雨滴所受的流體動力學、熱力學和大氣條件的綜合影響，可以獲取大量與行星氣候相關的信息。

Loftus等人在研究中展示了根據雨滴形狀、下落速度和蒸發速度計算降雨關鍵特性的方法。Loftus說：“雲層和降雨與小尺度（雲滴/雨滴，微米-毫米）、中等尺度（雲層，千米-10千米）和極大尺度（行星規模）內發生的事件都有密切聯系。現在，科學家們還無法用單一模型准確描述所有情況。我們希望用水循環中最簡單的‘雲下雨滴’來限制所有複雜場景中的重要因素。”

最終，研究人員發現，在各種行星環境下，只有尺寸相對較小的雨滴才能抵達地表。

當詹姆斯韋伯太空望遠鏡等先進儀器投入使用後，科學家對系外行星的研究將變得更加便捷。他們可以對較小質量的系外行星的大氣展開研究，確定其大氣化學成分和“生物特征”，進而挖掘出潛在的宜居岩質行星。

科界原創

編譯：雷鑫宇

審稿：西莫

責編：陳之涵

期刊來源：《地球物理研究雜志：行星》

期刊編號：2169-9097

原文鏈接：

https://phys.org/news/2021-03-alien-world.html

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