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星球們的狂野天氣

地球天氣最溫和


你可能覺得地球上有些地方或有些時候的天氣很惡劣,但無論你現在在地球何處,至少相對於太陽系的其他星球,地球擁有的氣候條件已經算是最好的了。


地球之所以會有最好的天氣,那是因為地球自身擁有很多獨特的特徵:它的大小,它與太陽的距離,它的軸傾斜、軌道和旋轉周期,以及它的化學成分。而地球上的很多天氣類型基本上可以用一個詞來概括:「水形式」(各種水參與的形式)。同時,還有大氣層和磁場保護人們免受太陽劇烈輻射的傷害。種種特點創造了獨一無二的地球,也使得地球上的天氣比一些行星鄰居溫和得多。

太陽系中每一顆行星的天氣都受到很多因素影響,但它們都有一個共同的影響因素:太陽。日光層是太陽大氣層的一部分,它的影響範圍很廣,最遠甚至可達冥王星周邊,因此地球和其他行星會有一些相同的氣候。


比如,2014年,美國宇航局戈達德太空飛行中心的研究人員發現了一種現象,地球上一些比較常見的天氣在金星也有,不過卻是劇烈版本的。一種被稱為熱流異常(HFA)的太陽風,由爆炸產生的巨大能量造成。這種太陽風在地球上受到磁層影響而發生偏轉,然而,金星沒有磁層,所以爆炸的能量可以「覆蓋」整個金星。


現在,人類正在探索火星等其他星球氣候的詳細模式,也許了解其他星球上類似的天氣,有助於我們預測和應對地球的氣候變化。


那麼,其他星球的奇怪天氣都有哪些呢?

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木星大紅斑


太陽系中最大的行星——木星有一個明顯的特徵,即位於南赤道帶以南約23度的地方存在著一個大風暴,俗稱「大紅斑」。令人震驚的是,大紅斑的肆虐已經超過400年,它分布在高空中,比周圍的雲層溫度低得多。它以逆時針的方向旋轉,完成一個完整的旋轉需要6個地球日,目前大紅斑寬度相當於2個地球。其實,在過去100年里大紅斑的規模已經縮小了一半。


大紅斑和地球上的風暴不同。地球颱風在登陸後,受到阻力影響會漸漸減弱,然後消失。然而,木星內產生的熱量會不斷補充給大紅斑,加上木星是氣態星球,這些條件導致大紅斑肆無忌憚地在木星上肆虐。

木星的大氣層由雲帶組成,會因為環繞整個木星的高空急流系統而發生旋轉。與大紅斑北面相接的是一股東向急流,而與南部相接的是一股西向急流,它們共同作用,維持大紅斑的形狀,大紅斑外圍四周是強勁的狂風,但中心是小風。


大紅斑的顏色可能是由硫酸化合物引起的,能從白色變成暗紅色,有時卻是不可見的。這些顏色的變化似乎和南赤道帶的顏色變化相對應,但卻是無法預測的。

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火星上的沙塵暴


當說到地球的沙漠,我們的腦海里隨之出現的畫面似乎就是黃沙滾滾的沙塵暴了。類似地,在火星這顆紅色的星球,氣候極度乾燥,到處都是灰塵和岩石,而它的沙塵暴可以持續幾個星期!


這些沙塵暴發展得很快,可以覆蓋火星的大部分地區。因為火星大氣非常稀薄,太陽照到大氣層時,空氣中的細微顆粒會隨著大氣層的升溫而飄浮上升。

火星稀薄的大氣層根本無法保存熱量,加上其軌道是偏心橢圓形的,因此它的氣溫相當極端——近日點和遠日點之間的溫差達到約170℃,溫度可以低至-143℃(冬天),也可以高達35℃(夏天)。火星的夏天,也就是熱量徘徊在赤道周邊時,沙塵暴更容易形成。

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土星的六角形急流和鑽石雨


在地球上,數條圍繞地球的強而窄的高空急流帶,集中在對流層頂,在中高緯度西風帶內或在低緯度地區都可出現。高空急流一般是圓形的,但土星喜歡特立獨行。


1980年,美國的「旅行者1號」探測器在太空執行任務時,在土星的北極發現了一件有趣的事:這裡被一個高空急流包圍著,而該急流並不是常見的圓形急流,而是六角形的。它的直徑約3萬千米,大到足以裝進4個地球。當然,高空急流圍繞著一個漩渦中心來旋轉,速度和土星旋轉速度相同(土星的一天大約有10.5小時)。


英國牛津大學的物理學家在實驗室里模擬了這個六角形急流形成的過程:以一個圓柱形狀的水流作為土星的大氣,在它的內部有一個環形流,代表著高空急流。圓柱形狀的水流放置在可旋轉的桌子上,內部的環形流旋轉的速度比水流快。旋轉的速度越快,環形流就變得越不圓了。旋轉的水流和環形流之間的差異,再加上速度的差異,就會出現不同的形狀。因此,研究人員認為,土星的六邊形高速急流與土星獨特的大氣有關。


除了六角形急流,土星還有一個特點——天上掉下鑽石雨。一些研究人員認為,土星的閃電風暴可能會導致鑽石的沉澱,沉澱的鑽石重量達每年100萬千克。雷電轟擊大氣中的甲烷,釋放其中的碳原子,接著這些碳原子粘在一起,向土星的核心區漂移。在溫度和壓力作用下,碳被壓縮成石墨和鑽石,鑽石的直徑最終可達到1厘米。然而,當鑽石到達核心區時,會在7727℃的高溫下被熔化掉。

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海王星的無敵強勁風


太陽系中最外圍的行星有一些非常極端的天氣,比如距離太陽最遠,太陽系最冷的天體之一的海王星,雲頂表面的溫度低於-200℃。但這不算什麼,真正令天文學家印象深刻的是它那裡的風。海王星是太陽系狂風的樂園,這裡的風速最高可超過2100千米/小時——大概是戰鬥機的速度。相比之下,地球上的最快風速一般為400千米/小時。


這些強風和海王星的旋轉方向相反。產生強風的原因,天文學家們有兩種觀點。一種觀點是,這些強風通常都是盤旋在大氣層的高空中,風的厚度小於1000千米,這意味著,產生這些風的過程發生在海王星高空,可能是由於大氣中水分的冷凝和蒸發作用引起的。另一種觀點是,這些過程發生在較低大氣層中,由於海王星內部熱量遇到表面上的極端低溫,巨大溫差導致核心區收縮,從而產生風。如果風在大氣層下方也盛行,它們也可能是強風。因為海王星的表面,沒有任何東西來減慢風的速度。

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木星的極光


地球上的極光是那麼美麗,吸引人們的關注。其實木星也有極光,而且極光本身比整個地球還要大。這些極光的功率可達100萬兆瓦。


地球上的極光是由太陽風暴造成的,但是木星的極光是自我生成。當木星旋轉時,會產生電,並將帶電粒子(離子)注入到大氣中,造成了一種反應,產生了美麗的極光。而極光的離子源可能來自於木星的衛星木衛一,但科學家們還不知道它們是如何被木星利用的。


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