雨滴的大小可以帮助识别太阳系外潜在的宜居行星。
总有一天,人类可能会踏上另一个宜居星球。
这颗行星可能看起来与地球非常不同,但有一样东西会让人感觉熟悉--雨。
在最近的一篇论文中,哈佛大学的研究人员发现,在不同的行星环境中,雨滴非常相似,即使是像地球和木星这样截然不同的行星也是如此。
了解雨滴在其他行星上的行为,不仅是揭示火星等行星上古老气候的关键,也是识别太阳系外潜在宜居行星的关键。
这篇论文的主要作者说:“当我们考虑行星宜居性时,云的生命周期真的很重要。”
“但云和降水真的很复杂,太复杂了,无法完全模拟。我们正在寻找更简单的方法来理解云是如何演变的,第一步是云滴是在大气中蒸发,还是以雨的形式到达地表。”
“不起眼的雨滴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,我们就能更好地代表复杂气候模型中的降雨。”
雨滴行为的一个基本方面,至少对气候模型师来说,是雨滴是否能到达地球表面,因为大气中的水在行星气候中起着重要作用。
为此,规模很重要。
如果液滴太大,由于表面张力不足,无论是水、甲烷还是过热的液态铁,都会因为表面张力不足而分裂,就像在一颗名为WASP-76b的系外行星上一样。
如果太小,液滴就会在落到表面之前蒸发掉。
洛夫图斯和华兹华斯仅使用三个属性:水滴形状、下落速度和蒸发速度,就确定了雨滴大小的金发地带。
不同雨水材质的水滴形状是相同的,主要取决于水滴的重量。
虽然我们中的许多人可能会想象一个传统的泪状水滴,但雨滴小的时候实际上是球形的,随着雨滴变大,雨滴会被挤压,直到它们变成汉堡包顶部的形状。
下落速度取决于这个形状、重力和周围空气的厚度。
蒸发速度比较复杂,受大气成分、压力、温度、相对湿度等因素的影响。
通过考虑所有这些性质,洛夫图斯和华兹华斯发现,在广泛的行星条件下,雨滴下落的数学意味着,云中可能的水滴大小只有很小一部分可以到达表面。
洛夫图斯说:“当我们对系外行星上的云循环进行建模时,我们可以利用这种行为来指导我们。”
华兹华斯说:“我们从思考不同环境中的雨滴和云中获得的洞察力,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了解地球本身的气候。”