雨水變成鐵，湖泊變成甲烷，行星上的奇特景觀

當(dāng)沙塵暴出現(xiàn)在火星，當(dāng)木星發(fā)生閃電，當(dāng)天氣現(xiàn)象會出現(xiàn)在別的行星上會是什么樣子？

圖解：一幅由藝術(shù)家創(chuàng)作的外星球WASP-76b的圖像，圖源：Frederik Peeters

這篇文章最初發(fā)表于《對話》雜志。 《對話》雜志為Space.com的專家之聲：Op-Ed & Insights提供了這篇文章。

當(dāng)奧斯卡王爾德出說 "關(guān)于天氣的談話是沒有想象力的人最后的避難所 "這句話時，他沒有意識到地球以外的行星和衛(wèi)星上的一些更極端的天氣。

自從1992年人類發(fā)現(xiàn)第一顆系外行星以來，先后共發(fā)現(xiàn)了4000多顆圍繞在除我們自己的恒星運(yùn)行的行星。

對系外行星的研究包括了： 試圖確定系外行星的大氣成分，這主要是為了確定那里是否可能存在生命的問題。在尋找生命的過程中，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了大量潛在的生存世界。

下文通過四個其他天體上的怪異天氣的例子，來證明系外行星的大氣層可能有多大變化。

WASP-76b上的鐵雨

天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了WASP-76，這是一顆大型高溫系外行星。WASP-76的表面大約是木星的兩倍，溫度高達(dá)4000華氏度（2200攝氏度）。這意味著很多在地球上是固體的材料在WASP-76b上會融化和蒸發(fā)，例如鐵。

一項特別有名的研究中所描述：在這顆行星白天的那一面上，朝向它的恒星，這些鐵被變成了氣體。它在大氣層中上升，并流向夜晚的一側(cè)。

當(dāng)這些氣態(tài)的鐵到達(dá)星球的夜間一側(cè)時，那里的溫度較低，鐵就會凝結(jié)成液體，然后落向表面。這是目前唯一的例子，WASP-76的溫度變化足以讓它在夜間真的下鐵雨。

圖解： WASP-76b的夜景概念圖。這顆超熱的巨型系外行星有一個白天，溫度達(dá)到4350華氏度（2400攝氏度）以上，高到足以使金屬汽化。強(qiáng)風(fēng)將鐵蒸氣帶到較冷的夜面，在那里凝結(jié)成鐵滴。在圖片的左邊，是系外行星的晚間邊界，在那里從白天過渡到黑夜。圖源：ESO/M. Kornmesser

土衛(wèi)六上的甲烷湖

與其說土衛(wèi)六是一顆行星，不如說它是土星的最大衛(wèi)星。它非常有趣，因為它有一個相當(dāng)大的大氣層，這對于一個圍繞行星運(yùn)行的衛(wèi)星來說是很罕見的。

在土衛(wèi)六的表面有著像地球上的河流液體在流動。但與地球不同的是，這種液體不是水，而是不同碳?xì)浠衔锏幕旌衔?。在地球上，我們會用這些化學(xué)物質(zhì)（乙烷和甲烷）作為燃料，但在土衛(wèi)六上，由于足夠寒冷，它們保持液態(tài)并形成湖泊。

人們認(rèn)為冰火山將這些碳?xì)浠衔锪阈堑刈鳛闅怏w射入大氣中，形成云層，然后凝結(jié)成雨。但這種降水與我們在地球上的陣雨不同，因為它只下了大約0.1%的時間，并且雨滴會更大（約為1厘米），并且由于重力降低和阻力增加，落下的速度要慢五倍。

圖解：土衛(wèi)六上的甲烷湖，圖源： NASA/JPL-Caltech

火星上的風(fēng)

火星有著與地球完全不同的天氣系統(tǒng)，主要是因為火星十分干燥，大氣層更為薄。由于沒有明顯的磁場，火星的大氣層向太陽的磁場開放，而太陽的磁場會將上層大氣剝離。于是留下了一個稀薄的大氣層，主要由二氧化碳組成。

美國宇航局的直升機(jī)Ingenuity在火星上的首次動力飛行令人驚訝——不僅因為探索因素，而且因為旋翼在稀薄的大氣層中提供的升力非常小，大約只有地球表面的2%。與這種稀薄的大氣層相對應(yīng)的是雙組大葉片，以每分鐘約2500轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)，大致相當(dāng)于無人機(jī)旋翼的速度，但比客運(yùn)直升機(jī)快得多。

雖然火星的大氣層很薄，但它并不平靜。平均30公里/小時（20英里/小時）的風(fēng)速足以使地表物質(zhì)四處移動，維京號登陸器的早期觀測測量到的風(fēng)速高達(dá)110公里/小時（70英里/小時）。

火星有大規(guī)模的沙塵暴而聞名，這些沙塵暴遮蔽了表面的視線，并可能持續(xù)數(shù)周之久。所以高速沙塵暴的前景成為了探索該星球的一個主要問題，但因為大氣層很薄，所以大氣層的壓力很小。例如，電影《火星人》中火箭被吹翻的場景根本不會發(fā)生。

圖解：沙塵暴前（左）和沙塵暴期間（右）的火星，圖源：NASA/JPL-Caltech/MSSS, CC BY

木星上的閃電

1979年，旅行者1號飛過木星，見證了木星上閃電的襲擊。在2016年，朱諾任務(wù)對木星上的閃電風(fēng)暴進(jìn)行了深入的觀察。

在地球上，大部分的閃電都集中在赤道附近。但在木星上，大氣層的穩(wěn)定性意味著大多數(shù)對流和湍流發(fā)生在極地附近，這也是閃電發(fā)生的主要地點。在木星上，閃電產(chǎn)生的方式不是地球上的，而是過冷的水滴與冰塊碰撞，在氨的雪球中積累電荷。這種氨作為水的防凍劑，使其在更高的海拔地區(qū)保持液態(tài)。

木星甚至還有不太為人所知的閃電，叫做鬼怪和精靈。鬼怪是由閃電形成的，它從云層中上升到大氣層上部，并產(chǎn)生短暫的紅色光芒，而精靈是當(dāng)閃電擊中我們大氣層的帶電部分（電離層）時形成的環(huán)。這些在1921年就被預(yù)測到了，但直到1989年才在地球上被拍到，主要是由于風(fēng)暴云的阻擋。

圖解：一個鬼怪在木星大氣層中可能是什么樣子。圖源：Image credit: NASA/JPL-Caltech/SwRI

BY：Ian Whittaker

FY：秋白

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