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其他行星上的雨滴是什么样的?。

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新浪科技讯北京时间5月24日消息,地球并不是唯一一个会出现降雨的星球。物理学家认为,在宇宙的其他部分,一定有类似地球降雨的现象。从天而降的物质种类几乎和行星本身一样多种多样。哈佛大学的Katherine Loftus领导的一个研究小组发现,在整个太阳系中,构成雨水的所有液体物质都有一个共同点——所有的雨滴,不管是由什么构成的,大小都差不多。不同行星的重力条件和雨滴大小从上到下依次是地球、火星、木星、土星和土卫六。

降雨是地球天气的主要特征之一,不同地区的降雨量差异很大。降雨过程不仅带来了不同的现象,也塑造了地面的景观。雨水侵蚀山谷,填满河流和湖泊。科学家已经知道在其他行星上也有类似的过程。例如,土卫六有河流、湖泊、峡谷和降雨,但液体是液态甲烷,而不是水。火星似乎也有降雨的痕迹,尽管它可以追溯到数十亿年前。木星和土星等气态巨行星的表面与岩石行星不同,但雨滴在其大气中的巨大风暴中起着至关重要的作用,因为它们可以在大气中传递热量。

这引出了一个有趣的问题:这些行星上的雨滴是什么样的?它们和地球上的雨滴有多相似?凯特琳·洛夫特斯和罗宾·华兹华斯的研究为我们提供了答案。他们指出,在任何给定的大气中,无论雨滴是如何形成的,只有三个因素决定了它们的大小。正因为如此,其他行星上的雨滴很可能与地球上的雨滴有明显的相似之处。云的动力机制首先,让我们学习一些背景知识。当水蒸气在较小的粒子(如气溶胶)周围凝结时,雨滴在云中形成并生长。这是一个复杂的非线性过程。

凝结过程重新分配了云层的热量和湿度,进而影响未来水滴的形成。对于这种现象是如何在广阔的云层范围内发生的,我们知之甚少。然而,在这个过程中形成的液滴非常相似。大多数雨滴的大小约为1毫米,几乎不超过4毫米,因为任何较大的雨滴都会破裂。雨滴的大小是一样的,因为无论它们是如何形成的,当它们穿过大气层时,都遵循同样的物理规律。Loftus和Wordsworth说只有三个属性——形状、最终速度和下落时的蒸发率——决定了雨滴的大小从这些性质来看,我们已经证明,在各种行星条件下,只有相对较小的雨滴才能从云层到达地表,”他们说,木星的降雨循环图,相对来说,可能还涉及到氨雹,科学家们对雨滴的形状有着清晰的认识,“根据雨滴的大小,他们可以选择各种形状,但从来不像人们想象的泪滴形状,”研究人员说,“随着雨滴质量的增加,它们将演变成扁球形,形状像汉堡包的上层。

”研究人员还测定了不同行星大气中雨滴的最终速度,这取决于向下的力(即重力)和相反方向的空气动力阻力。反过来,阻力又取决于雨滴的横截面、雨滴穿过大气层的速度、大气层的密度和粘度等。当这些力达到平衡时,雨滴将以稳定的速度下落。在地球上,雨滴落得很快。Loftus和Wordsworth指出,即使是最大的雨滴,在1%的总下落距离内,也会加速到其最终速度的99%。他们还研究了雨滴大小的变化——比如由蒸发引起的变化——如何影响雨滴下落的速度。

原来差别不大。因此,其他行星大气中的雨滴很可能与地球上的雨滴非常相似。最后,他们研究了雨滴的蒸发率。这有点复杂,因为液滴表面的蒸发速率取决于周围的湿度、大气密度、水蒸气扩散模式以及液滴和周围空气的温度。当液滴在空气中运动时,其温度会因传导而改变;在更高的温度下,热量也可以通过辐射传递。因此,所涉及的物理是复杂的。然而,研究人员指出,在考虑了所有因素之后,蒸发率可以用一个单一的参数来表征。他们的模型结果显示,正如预期的那样,半径小于十分之一毫米的雨滴。