有一天,人类可能会踏上另一颗宜居行星。那颗行星可能看起来与地球非常不同,但有一件事会让人感到熟悉——雨。哈佛大学研究人员在最近的一篇论文中发现,雨滴在不同的行星环境中都非常相似,即使是像地球和木星这样截然不同的行星。理解其他行星上的雨滴行为,不仅是揭示火星等行星上古代气候的关键,也是识别太阳系外潜在宜居行星的关键。云的生命周期在我们思考行星宜居性时非常重要,但云和降水非常复杂,难以完全建模。
我们正在寻找更简单的方法来理解云如何演变,第一步是云滴是否在空气中蒸发,或者作为雨到达地面。雨滴是所有行星降水循环的重要组成部分。如果我们理解单个雨滴的行为,我们可以更好地在复杂的气候模型中表示降雨。雨滴行为的一个重要方面,至少对气候建模者来说,是雨滴是否到达行星表面,因为大气中的水在行星气候中起着重要作用。为此,大小很重要。
太大,由于表面张力不足,雨滴会破裂,无论是水、甲烷还是像WASP-76b这样的系外行星上的过热液态铁。太小,雨滴在撞击地面之前会蒸发。Loftus和Wordsworth通过三个属性确定了雨滴大小的金发姑娘区:雨滴形状、下落速度和蒸发速度。雨滴形状在不同的雨材料中是相同的,主要取决于雨滴的重量。
虽然我们许多人可能会想象一个传统的泪滴形状的雨滴,但实际上雨滴在小时是球形的,随着它们变大而变得扁平,直到它们变成像汉堡包顶部一样的形状。下落速度取决于这种形状以及重力和周围空气的厚度。蒸发速度更复杂,受大气成分、压力、温度、相对湿度和更多因素的影响。
通过考虑所有这些属性,Loftus和Wordsworth发现,在广泛的行星条件下,雨滴下落的数学意味着只有非常小的一部分可能的雨滴大小在云中可以到达表面。我们可以使用这种行为来指导我们在系外行星上建模云循环。我们从思考不同环境中的雨滴和云中获得的见解是理解系外行星宜居性的关键。从长远来看,它们还可以帮助我们更深入地理解地球本身的气候。