1.这个系外行星气候极端,它的云层竟由气化岩石组成

2.火星上有什么气候变化?

3.火星被看作人类移居太空的最佳选择,火星上的天气是怎样的?

这个系外行星气候极端,它的云层竟由气化岩石组成

星球变冷的原因_某个星球的天气变化情况

一颗距离我们约 1360 光年的太阳系外行星是如此地接近它的恒星,以致于在云层当中包含着气化的岩石。

这颗行星称作 WASP-178b,绕着一颗年轻、太阳质量两倍的白矮星 WASP-178 旋转,而其公转周期短到只有 3.3 天。在这么接近的情况下,这个气态世界中的温度在飙升。它是如此的热,以致于它被归类为一颗「超热木星」,很有可能是我们所知最极端的一种系外行星。

约翰·霍普金斯大学的天体物理学家大卫·辛教授(Did Sing)说:「我们对于不同星球环境的天气还没有很了解。当你看着地球时,我们所有的天气预测仍然是微调至我们可以量测的部分。但是,当到了一颗遥远的系外行星时,我们预测能力就很有限,因为我们还没有建立一套一般理论,来解释大气中所有东西是如何组合在一起、及如何应对极端状态的。」

热木星(hot Jupiter)尤其令人惊奇,且很适合研究。正如同其名字所暗示的,这些世界就像木星一样,是巨大的气体行星;但是它们也很热,因为它们轨道极度接近其恒星,有些公转周期甚至不到一天。

它们带来一些有趣的现象:它们不太可能是在它们现在的轨道上生成的,因为重力、辐射、以及强烈的星风(stellar wind)一定会避免让气体聚在一起。然而,目前为止已经发现超过 300 颗热木星。天文学家相信,它们是在远离恒星处所生成的,并且逐渐往内迁移。

WASP-178b 质量约为木星 1.4 倍,大小约为木星 1.9 倍。它因为其恒星的高温而狂热起来,达到开氏温度 2450 度(摄氏 2177 度)。这个温度是观测到气化硅化物的最佳位置。理论研究显示说,在超过开氏温度 2000 度时,预期能侦测得到 SiO。

这里解释如何观测。这颗系外行星经过地球与宿主恒星间,在每一次凌日时,一些来自恒星的光被系外行星大气中的原子所吸收,每种元素吸收或放射出不同波长的辐射;这表示说,通过从恒星所接收到的光的光谱中的讯号,这些元素能够被辨别出来。

这个讯号很短促,但若是将许多凌日堆叠起来,天文学家就可以放大光谱,来得到一个可读取的讯号。使用这个方法,我们已能在热木星上的大气中,侦测到像是钛、铁以及镁等气化的金属。

由辛教授与其犹他谷大学的同事乔什·洛特林格教授(Josh Lothringer)所领导的研究团队使用了哈伯太空望远镜,来获得 WASP-178b 的光谱,并发现一个不像任何曾见过的物质的讯号。根据他们的分析,这个讯号是来自硅以及镁。

他们在论文中写到:「就我们所知,特别是 SiO,之前从来没有在系外行星中被侦测到。但是,SiO 出现在 WASP-178b,这件事与理论所预期的一致,因为在高温下,SiO 就是主要的带 Si 物质。」

WASP-178b 是所有已知的热木星中,被其恒星潮汐锁定的热木星。这代表其中一侧会永远面向恒星,呈现永昼;而另一面会永远面离恒星,呈现永夜。这在这颗系外行星的两个半球之间产生了很明显的温度差,伴随着旋转的大气在两个半球间打转。

在系外行星的黑夜侧,可能会够凉爽而让蒸汽先凝结成云,落入大气层更深处,之后再被吹回白昼侧,在那矿物质又再一度地被气化。

研究人员无法在 WASP-178b 的晨昏线,也就是划分日与夜的线上,看到凝结的迹象。但是结果指出,SiO 可能会存在于其他观察得到晨昏线的系外行星上,也就是 WASP-76b。如果岩石雨存在于某颗系外行星上的话,那这有可能就是找到它的地方。

研究团队的结果也显示,我们在窥探遥远世界的神秘大气上的能力越来越强。这对于观察更小、更远离它们恒星的系外行星而言是个好征兆。

洛特林格教授说:「如果我们无法理解出,在有可靠固体观测资料的超热木星上,发生了什么事,我们就没有机会从观测类地系外行星所得的较弱光谱中,得知正发生什么事。这是对我们技术的测试,让我们可以打造对物理性质的一般知识,例如云的形成以及大气结构。」

火星上有什么气候变化?

火星大气层很薄,表面平均气压是只有7.5毫巴(约为地球的0.75%)。成分为95%的二氧化碳,3%的氮气,1.6%氢气,很少的氧气、水汽、一氧化碳、氖、氪和氙等,亦充满著很多尘埃。地表温度白天可达28℃,夜晚可低至-132℃,平均-57℃。虽然二氧化碳量是地球之数倍,但因缺乏水汽,所以温室效应只有10℃,比地球的33℃低。

大气结构

依据气温变化,火星大气可分为四层:低层大气、中层大气、高层大气(热气层)、逸散层。

火星气候

由于火星的自转轴有明显倾斜,亦有明显的四季变化,不过一季约为地球的两倍长。另一不同于地球的是,火星的轨道离心率比地球大,就是火星近日点、远日点的差别较大,当位于近日点时,南半球处夏季,比北半球远日点夏季所造成的升温更强,而北半球的冬天亦比南半球的冬天冷。

大气环流

火星大气环流主要为单胞环流,由赤道相对热空气上升,漂至极区下沉,再沿地面回到赤道。另外,在火星的夏半球,极冠的二氧化碳升华进入大气,使气压升高;而冬半球由于二氧化碳凝华,气压下降,由于进出大气的二氧化碳量高达25%,造成南北压力差,空气便倾向由高压的夏半球流向低压的冬半球,形成另一依季节而变向的环流。因此火星的天气系统趋向成为全球性的,例如尘暴。

尘暴

由于火星气压低,当太阳甫照地表时,大气便能快速增加动能,风速大,加上低重力,尘埃很容易被卷入空中。而就在南半球春夏季时,增温快,易形成强烈的风,卷起的狂沙再加强增温,风速更快,终于形成尘暴,从太空可看到一片褐色尘云旋转、移动。而这些区域性尘暴有些甚至发展成全球性尘暴,将整个星球笼罩在橘雾之下。水手9号到达火星的时候,火星被全球性尘暴遮住而无法观测。

尘卷风

地球干燥沙漠地常发生,在火星也一样常见。尘卷风(dust devils)宛如迷你形龙卷风,当地表被加热时,上方空气变上升、旋转,挟带砂石,在地表上游走,在经过的地方因为把上层浅沙带走,留下深色轨迹。

火星的云层与南极冠

火星的云层与南极冠

火星的云不像地球那么多又较厚实,由于冷、干、气压低,火星的云通常不多且薄,有些是水冰构成,有些是干冰构成,如果参杂沙尘则由白色变成**的黄云,另外一些常见的云,如:塔尔西斯山区和埃律西姆山区的山云、哈伯太空望远镜中常见的赤道云、火星边缘的蓝色云霭等。

甲烷的发现

2003年火星大冲时用地面望远镜在其大气中发现了甲烷。2004年3月,火星奥德赛号确认了这一发现。甲烷的存在是很有趣的,因为这是种不稳定的气体,容易被强烈紫外线分解为自由的碳与氢,因此现在(或者最近几百年内)在火星上一定存在某个不明来源,火山作用,彗星或小行星撞击,还有甲烷古菌都有可能。

火星被看作人类移居太空的最佳选择,火星上的天气是怎样的?

火星的大气主要是二氧化碳,且频频被强烈尘暴冲击,其温度经常低至可使血液冻结。 火星上很少有地球上常见的风和日丽的景象,常常会遭到沙尘暴的侵袭,尘埃甚至可能盘旋而起达数公里之高,恶劣的天气条件会危及空间飞行器在火星表面登陆,因此提前获悉火星上的天气情况对于完成火星探测使命格外重要。为此,该局的科学家借助地球上的大气循环原理与天气预报系统发明出了这套火星天气预报系统。 地球大气中的水是引起地球天气变化的最主要因素,而火星大气中的尘埃则扮演了左右火星天气的最关键角色。此外,由于火星大气层较薄,且没有像地球海洋那样的水体储存热量,因此火星上气温的变化更易趋向极端。同时,地球上热空气上升与冷空气下沉等空气流动会产生风,相类似的情况在火星上也有,只不过在火星上最终表现为沙尘运动。

火星被看作是和地球最相像的星球。和地球一样,火星上有明显的四季变化,一昼夜的时间为24 小时37 分22.6 秒,公转的时间比地球略长,一个火星年差不多是地球上两年的时间。但是很多火星研究者认为,火星曾经历过和地球一样生命繁盛的时光,后来却因为环境的变化而变得一片荒凉。

在火星上,95% 的气体都是二氧化碳。二氧化碳令地球变暖,但却没有让火星变得暖和起来。因为火星上大气稀薄,密度不到地球大气的1%,根本没有办法保存热量,所以,火星上的表面温度很低,很少能超过0 摄氏度的;在冬季,火星的地表温度甚至会达到-140 摄氏度。?

在火星两极,这样的低温甚至连二氧化碳也结成冰。干冰在火星两极形成厚厚的冰帽,就像地球上南北极地上的冰山。这些自然条件构成了火星上独特的气候环境。和地球相比,火星上的条件虽然恶劣,却显得稳定。稀薄的云层和终年不变的低温,这些现状常常让人觉得,火星上的天气没有什么特别值得关注的地方。但实际上火星上也有其风云突变的时候。詹约克介绍,火星上有着巨大的尘暴,这些尘暴每隔2-4 个火星年就会爆发一次,爆发的时候,沙尘从火星表面升起,一瞬间覆盖整个火星,然后好几个月都不会散去。

所以人类根本没办法在火星上生存。