从系外行星上的铁雨到木星上的闪电——外星异常天气的四个例子

　　当奥斯卡王尔德说“关于天气的谈话是缺乏想象力的人的最后避难所”时，他没有意识到地球以外的行星和卫星上的一些更极端的天气。

　　自1992 年发现第一颗系外行星以来，已发现 4,000 多颗行星围绕着我们以外的恒星运行。

　　对系外行星的持续研究包括试图确定它们的大气成分，特别是回答那里是否可能存在生命的问题。然而，在寻找生命的过程中，天文学家已经发现了各种各样的潜在世界。

　　以下是其它天体上异常天气的四个例子——展示了系外行星大气的多样性。

　　1. WASP-76b 上的铁雨

　　WASP-76 是 2013 年发现的一颗巨大而炽热的系外行星。这颗巨大行星的表面——大约是木星的两倍——大约有 4,000 华氏度（2,200 摄氏度）。这意味着许多在地球上是固体的材料在 WASP-76b上熔化并蒸发。

　　正如 2020 年一项特别著名的研究所述，这些材料包括铁。在行星的白天，面向它的恒星，这种铁变成了气体。它在大气中升起， 流向夜晚的一侧。

　　当这种气态铁到达行星的夜间温度较低的一侧时，铁会凝结成液体并落向地表。这是目前我们拥有的唯一一个温度变化足以让它在夜间下雨的行星的例子。

　　2. 泰坦上的甲烷湖

　　泰坦不是行星，而是土星最大的卫星。它特别有趣，因为它拥有丰富的大气层，这对于绕行星运行的卫星来说是罕见的。

　　月球表面有液体流动，就像地球上的河流一样。与地球不同，这种液体不是水，而是不同碳氢化合物的混合物。在地球上，我们会使用这些化学物质（乙烷和甲烷）作为燃料，但在泰坦上，它足够冷，它们会保持液态并形成湖泊。

　　人们认为冰火山偶尔会将这些碳氢化合物以气体形式喷射到大气中，形成云，然后凝结形成雨。这种降水与我们在地球上可能遇到的标准阵雨不同——它只有大约 0.1％ 的时间下雨，由于重力降低和阻力增加，雨滴更大（估计约 1 厘米）并且下落速度慢五倍。

　　3. 火星上的风

　　火星的天气系统与地球完全不同，主要是因为这颗行星有多干燥，大气有多薄。如果没有明显的磁场，火星的大气层对太阳的磁场是开放的，太阳的磁场会剥离上层大气。这留下了一个稀薄的大气层，主要由二氧化碳组成。

　　最近，由 NASA 直升机Ingenuity在火星上进行的首次动力飞行令人惊叹——不仅是因为探索因素，而且因为转子叶片在稀薄的大气中提供的升力非常小，大约是地球表面的 2％。与这种稀薄大气相反的是一组以每分钟约2,500 转的速度旋转的大叶片 ，大致相当于无人机的旋翼速度，但比客用直升机快得多。

　　虽然火星的大气层很稀薄，但它肯定并不平静。30 公里/小时（20 英里/小时）的平均风速足以移动地表物质，而维京着陆器的早期观测测得的风速高达 110 公里/小时（70 英里/小时）。

　　高速沙尘暴的前景似乎是探索地球的主要问题，但大气层稀薄，压力很小。例如，电影《火星救援》中火箭爆炸的场景根本不会发生。火星也因大规模沙尘暴而闻名，沙尘暴遮蔽了地表，一次可持续数周。

　　4. 木星上的闪电

　　1979 年，航海者 1 号飞过木星并看到了闪电。然后在 2016 年，朱诺号任务对木星上的闪电风暴进行了深入观察。

　　在地球上，大部分闪电都集中在赤道附近。但在木星上，大气的稳定性意味着大部分对流和湍流发生在极地附近，这是雷击主要发生的地方。与地球上过冷水滴与冰碰撞的闪电生成方法不同 ，在木星上，电荷以氨雪球的形式积聚 。这种氨可作为水的防冻剂，使其在高得多的高度保持液态。

　　木星甚至还有鲜为人知的闪电，称为精灵。精灵是由闪电形成的，闪电从云层向高层大气上升并产生短暂的微红色光芒，而精灵则是当闪电到达我们大气层的带电部分（电离层）时形成的环。这些是 在 1921 年预测的，但直到 1989 年才在地球上拍摄，主要是因为有暴风云挡住了路。

　　这些所谓的瞬态发光事件现在也已在木星上观察到，提供了有关木星大气层以及这些闪电形成和维持方式的重要信息。

　　虽然系外行星上的天气有许多不同的可能性，但最大的挑战是对它们进行足够详细的观察，以确定它们的大气是由什么组成的。

　　下一个系外行星天气系统的发现可能与地球相似，可能与上述示例类似，或者可能更令人难以置信。