地球之外的雨

张唯诚

一颗可能下雨的系外行星K218b

太陽系中的雨

事实上，并不是只有地球上有下雨的现象。地球之外的很多星球，包括行星、卫星和恒星上都会下雨。那么，地球之外的雨是怎样的？这些雨和地球上的雨一样吗？它们有什么奇异之处？

根据此前的研究，科学家们在一些不同的星球上发现了雨。例如，木星就存在很猛烈的天气现象，因为它的气候系统是一个几乎永无止境的大循环，那里的风暴会不断发展壮大，然后形成降雨。雨滴在抵达木星核前就被蒸发，又以蒸气的形式再度上升并孕育下一轮新的风暴，由此循环往复，永无休止。一般来说，木星的雨形成于温度和压力很高的区域，在那里，氦和氖结合后凝结成雨滴，然后向木星的中心坠落。

同时，土星的卫星——土卫六上也下雨。“卡西尼号”星际探测器向人们提供了土卫六上存在降雨的证据。它在多次飞越土卫六的赤道地区时，发现那里的地表发生了亮度上的变化，似乎是一场甲烷雨打湿了地表，然后那些雨又蒸发或者流失掉了。据多方的研究和探测表明，在土卫六上降下甲烷雨应该是十分寻常的事情，且雨量应该比地球上的雨还要大。

系外行星上的雨

今天，人们在太阳系之外发现了很多行星。随着探测系外行星技术的日益进步，人们也发现了有降雨现象的系外行星。例如一颗名为K218b的系外行星，就被认为是一颗有降雨现象的星球。这颗行星被发现于2015年，距地球约110光年。天文学家们使用开普勒太空望远镜在一颗属于红矮星的暗恒星周围发现了它。

K218b的环境与地球很不相同，但它位于宜居带中，合适的温度使这颗行星拥有液态水，而液态水的存在对生命而言是非常重要的。来自太空望远镜和计算机模拟的数据表明，K218b的大气中含有水蒸气。科学家们认为，这颗行星的大气中有云，它们形成于一个特定的地方，那里可能有合适的压力和温度，可以让液态水形成并凝结成雨。但这些雨滴可能永远也不会降落到地面上，它们只能抵达稠密大气层中的某一点，那里的压力和温度非常高，以至于雨滴还未落到地面就被蒸发掉了，于是水蒸气再次上升形成云。

据推测，K218b可能没有坚实的表面，而固体的表面正是人们所知道的生命可以进化的地方。K218b的直径是地球的2倍多一点，而质量却是地球的8倍。科学家们认为，在银河系中，大多数系外行星在大小上都和这颗行星相似，但人们现在很难判断它们究竟是岩石构成的“超级地球”或是气态的“迷你海王星”，还是一个“水世界”。

此外，人们还探测到一颗名为Wasp-76b的系外行星上有可能降下金属雨。这颗行星距离它的主恒星非常近，其中靠近恒星的一面在白天温度超过2400℃，足以蒸发金属，而背向恒星的一面在夜晚又比白天的温度低1000℃，这使得一些金属微粒能够凝结并像雨点一样落下来。

木星大气中有下雨的现象。这是“朱诺号”木星探测器拍摄的木星漩涡云。

雨滴的表现，在整个银河系中都是类似的。

恒星上的雨

除了行星外，人们还发现在有些恒星上也有降雨的现象，这种恒星被称为“褐矮星”。它们有些特别，辐射非常微弱，温度也非常低。其中的一些看上去更具备行星的特质，尤其与那些气态巨行星很相似。例如，它们会拥有充斥着一氧化碳、硫化氢、甲烷、氨和水的大气。这层大气翻腾和涌动着，形成奇妙异常的天气系统，其内部的热量导致气流的上升，从而凝结成云。人们还注意到，褐矮星上的大气活动非常剧烈，拥有类似木星大红斑的强大风暴，但规模远远超过了木星大红斑。

有些褐矮星的大气温度更高一些，在这种褐矮星上还有可能拥有气态的铁和硅酸盐。这些铁和硅酸盐会随着高度的上升和温度的下降而凝结并变成雨。据此，你可以想象铁雨在由炽热的沙粒组成的打着旋的云层中倾泄而下的情景。

很显然，宇宙中的雨是各不相同的。天文学家们已经在各种特定的情况下研究了各类不同的降雨，包括地球上的雨、土卫六上的甲烷雨、系外行星大气中很快就被蒸发掉的雨等。这些雨由不同的物质组成，形成于各种不同的地方。然而，它们之间真的没有相同之处吗？

雨的“行为准则”

2021年4月，美国哈佛大学的行星科学家凯特琳·洛夫特斯和同事罗宾·华兹华斯发表了他们最新的研究成果。他们的分析表明，雨滴的表现在整个银河系中都是类似的。无论是土卫六上的甲烷雨，还是系外行星Wasp-76b上的金属雨，它们都遵守相同的法则，即不管它们是由什么物质组成的，液态雨滴的大小总是相似的。

在宇宙中，不管环境多么的不同，雨滴依然受一些简单的物理定律所控制，因此任何下落的液态雨滴都趋向于球形，而它们蒸发的速率也取决于它们的表面积。它们所遵循的法则基本属于流体力学和热力学。

凯特琳·洛夫特斯和罗宾·华兹华斯考虑了各种不同的星球环境，包括地球、木星、土卫六和系外行星。他们认为，所有这些地方不同的降雨在行为上都是相似的。同时他们还发现，引力更强的世界往往会产生更小的雨滴，但所有雨滴的大小都不会超出一个狭窄的范围，其半径大都处在1/10毫米到几毫米之间，既不会更大，也不会更小。这是因为巨大的雨滴会在下落的时候发生分裂，形成更小的雨滴，而太小的雨滴则会在撞击地面之前就被蒸发掉。

研究宇宙中的降雨现象是了解外星大气的重要内容，在这一点上，不能完全以地球为中心。天文学家们认为，人们应该认识宇宙中不同的降雨，了解它们的普遍规律，从而建立一个有关大气和星球如何工作的普遍的模式。