未來某一天，人類可能會登上另一個宜居的星球。即便地貌與地球截然不同，但大家肯定不會對某種自然現象感到陌生，那就是 —— 下雨！近日，哈佛大學研究人員在JGR《行星》期刊上發表了一篇新論文，其中就提到了不同行星環境中的雨滴仍非常相似 —— 甚至與地球和木星完全不同的行星也是如此。
研究配圖 – 1：雨滴高度與落地留存的等效半徑之間的關系
了解其它星球上的雨滴行為，不僅能夠揭示火星等行星上的遠古氣候，也是確定太陽系外潛在宜居行星的一個關鍵。
研究配圖 – 2：行星半徑 / 雨滴蒸發質量之間的關系
研究一作、地球與行星科學系研究生 Kaitlyn Loftus 表示：在考慮行星的宜居性時，雲層的生命周期就顯得尤為重要。然而雲和將水之間的關系實在太復雜，此前完全無法通過完全地建模來了解。
研究配圖 – 3：蒸發比例 / 垂直風速 / 類似行星初始半徑 r0 之間的關系
為此，研究人員想到了尋求更簡單的雲演化方法，第一步就是液滴到底是在大氣中蒸發、還是最終以雨滴的形式落到地面。
研究配圖 – 4：地表蒸發量 / 初始雨滴半徑之間的關系
哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院（SEAS）環境科學與工程系副教授 Robin Wordsworth 指出：「降雨是所有行星水循環的一個重要組成本部分，若我們了解了單個雨滴的行為，就可更好地預測復雜氣候模型中的降雨」。
研究配圖 – 5：最大穩定水滴 / 氣壓或密度關系
如果液滴太大，很可能因為表面張力的不足而破裂。如果水滴太小，又極有可能在落地前蒸發殆盡。為此，Loftus 和 Wordsworth 選擇了僅考慮三個屬性，即水滴的形狀、下落速度、以及蒸發速度。
研究配圖 – 6：乾燥行星地表氣壓 / 重力 / 溫度之間的關系
據悉，液滴形狀在不同成分的降雨材料上都是相同的，並且主要取決於液滴的重量。盡管許多人會想到水龍頭下方的淚滴形水滴，但雨滴在很小時其實呈現的是球形、然後逐漸增大並變得更加苗條、最終變成了漢堡頂部的麵包片形狀。
研究配圖 – 7：氣壓與局部空氣吸熱
隨後雨滴的下落速度，主要取決於相應的形狀、以及重力 / 周圍空氣密度的關系。至於蒸發的速度，則受大氣成分、氣壓、溫度、相對濕度等因素的影響。
研究配圖 – 8：大氣高度 / 最小雨滴初始半徑之間的關系
在綜合考量了上述所有因素之後，Loftus 和 Wordsworth 最終得出了一個結論 —— 數學計算都表明，在相當廣泛的行星條件下，雲中潛在大小合適的液滴中，都只有很小一部分能最終到達地面。
之後當我們需要在系外行星上模擬雲周期時，即可用這套行為理論來作為指導。此外從長遠來看，我們還可藉此來深入了解地球自身、以及系外宜居行星的氣候。
有關這項研究的詳情，已經發表在近日出版的《JGR Planet》期刊上，原標題為《The Physics of Falling Raindrops in Diverse Planetary Atmospheres》。
來源：cnBeta
