科學研究發現外星雨滴與地球上的雨滴出奇地相似

一項新的研究發現，其他行星和衞星上的雨滴與地球上的雨滴大小接近 ，儘管它們具有不同的化學成分，並且落在大不相同的大氣層中。研究人員説，這些結果表明，從雲層中落下的雨滴在廣泛的行星條件下具有驚人的相似性，這可以幫助科學家更好地瞭解其他世界的氣候和降水週期。

地球上的雨滴是由水組成的，但是我們太陽系中的其他世界的降水是由更不尋常的東西組成的。在金星上，下的是硫酸；在木星上，下的是氦氣和粘稠的氨水冰雹。在火星上，下的是二氧化碳，或乾冰。在土星的衞星泰坦上，下的是甲烷，或液化天然氣。而在海王星上，科學家懷疑它下的是鑽石形式的純碳。如果條件合適，它甚至可以在一些行星上下鐵或石英。

一項新的研究對液滴從雲中落下時的物理學表現進行了研究，發現只有雲中的液滴在有限的尺寸範圍內，半徑大約在十分之一毫米到幾毫米之間，可以作為雨到達岩石行星的表面。這是一個相當狹窄的尺寸範圍，因為雨滴在雲中形成的過程中體積增加了約一百萬倍。

研究結果還顯示，在不同的行星條件下，作為雨滴落下的液滴的最大尺寸是相似的。不同類型的液滴的最大尺寸大約是地球上水雨的一半到六倍，這取決於行星的引力強度（引力越強，雨滴越小）。下圖比較地球、火星、木星、土星和土衞六的雨滴大小。

哈佛大學的行星科學家、AGU《地球物理研究》雜誌上這項新研究的主要作者凱特琳-洛夫特斯表示，這些不同成分的雨滴可以有一個相當小的穩定尺寸範圍，它們都從根本上被限制在相同的最大尺寸。該雜誌發表了關於太陽系及以外的行星、衞星和天體的形成和演變的研究。

在新的研究中，Loftus和同事Robin Wordsworth使用數學和物理學原理來模擬液態水滴如何在行星大氣中下落。他們想確定水滴從雲層落到行星表面的可能尺寸範圍。太大的雨滴會分解成更小的雨滴，而太小的雨滴則會在落地前蒸發掉。他們首先確定了在地球和火星這樣的岩石行星上水滴的可能大小範圍，考慮到大氣條件，如温度、氣壓、相對濕度、從雲層到地面的距離以及行星引力的強度。

他們發現半徑小於十分之一毫米的雨滴在到達地面之前就已經蒸發了，而半徑大於幾毫米的雨滴在落下時就會分解成更小的水滴。然後，他們研究了水滴如何落在像木星和土星這樣具有巨大大氣層的行星上。比較現代地球、古代火星和這些更大氣態行星，他們發現雨滴在空氣中移動情況類似，儘管構成 “空氣 “的因素在行星之間有很大差異。

根據研究人員的計算，即使不同的液體組成了雨滴，這些外星雨滴與熟悉的水雨滴也沒有太大的區別。例如，土衞六上最大的甲烷雨滴是地球上雨滴的兩倍左右。Loftus不確定為什麼最大的雨滴尺寸如此均勻，但她懷疑這可能是由於水滴的表面張力與其密度的關係。

洛夫特斯説，這些發現將幫助科學家更好地模擬其他星球上的條件，因為降水是一個星球的氣候和營養循環中的關鍵組成部分。模擬一個遙遠世界的降水可能是什麼樣子，也可以幫助研究人員解釋空間望遠鏡對系外行星大氣的觀測。