木卫一下的雪,是黄色的二氧化硫雪
火星极地上的降雪
海卫一下的是红色雪
科学家模拟的钻石雨雪
最近,因为寒潮来袭,全国多地大雪纷飞。此时,你有没有想过,在浩瀚宇宙中,除了我们地球,其他星球会不会下雪?答案是肯定的。不过,由于不同星球物质组成和气候条件不同,它们下的雪和地球上的雪有很大不同。火星的干冰雪、木卫一的硫黄雪、土星的钻石雪……每一种雪都让人大开眼界。
火星的干冰雪 不论冬夏想下就下
火星是地球的邻居,它的自转时长和地球接近,也有春夏秋冬,但气候却和地球千差万别。火星表面平均温度为﹣55℃,其大气层由95.3%的二氧化碳,部分氮气、氩气及微量氧气和水汽组成。
火星上的降雪集中发生在南极地区,累计比北极多50%,并且两地雪花颗粒大小也不同,北极地区为8—22微米,南极为4—13微米。尽管有稳定的云团,但雪很少在火星表面堆积。因为火星大气层很薄,约是地球大气层厚度的1/100,液态水下落速度非常缓慢,在此过程中几乎会立即蒸发。
不过,在合适条件下,火星表面也可能出现积雪。因为火星温度可以在白天和黑夜之间骤降100多摄氏度,云层中出现湍流很常见。
巴黎居里大学的行星科学家解释,湍流可能会导致强风,垂直的雪花絮状物以每秒10米的速度在云层内外上下翻滚。在这样的风暴条件下,雪可能会迅速落到火星表面,停留一整夜,但到了早上温度骤升后,多数仍然会蒸发。
据科学家观测,火星在冬天和夏天都会下雪。不过,冬季下雪地区主要集中在火星赤道与极地之间的中纬度,而夏季则只有极地才会有雪花降落。
虽同为“白色的雪”,火星的“雪”和地球并不一样。首先,地球的雪是固态水,而火星的“雪”多是固态二氧化碳(干冰)。火星是目前太阳系内唯一被发现“干冰降雪”的星球。早在2008年,美国国家航空航天局就曾在火星北极观察到水冰成分的降雪,这是真正意义上的降雪。
地球的雪花直径一般在0.5—3毫米之间,而火星的“雪”一般只有4—22微米。飘着雪花的火星,在火红色地面的映衬下,如同裹上了一层薄如蝉翼的纱,雾蒙蒙一片。这是因为火星上的雪花,是由二氧化碳气体凝固而成,俗称“干冰雪花”,就如同人体血液中的红细胞那么大,肉眼根本看不清楚,所以,火星的降雪看起来有些像地球上的雾。
火星不仅有“雪”,还有“雪崩”。到了春天,太阳光的照射,会加速二氧化碳升华,导致冰、灰尘和土壤脱离火星悬崖表面,这就形成了火星的“雪崩”现象。
这些卫星下的雪 有的金灿灿有的粉嫩嫩
除了火星外,在距地球6.3亿公里外的木卫一星球也会下雪。围绕木星运行的卫星有几十颗,其中木卫一是太阳系中火山活动最频繁且强烈的天体之一,恰恰是这样一个火山频发的星球,发生了降雪现象,而且它的“雪花”是由硫黄制成的。
早在2001年,美国宇航局的伽利略号宇宙飞船,在木卫一的南极上空发现了含硫雪花。这是为什么?因为木卫一火山密集,在火山活动影响下,其地表下的二氧化硫,会被加热至熔融状态,并被喷射到寒冷的真空中,此时被冷却凝固的二氧化硫,会结晶成薄片,在重力作用下落回木卫一上,就像下了一场纷纷扬扬的“大雪”,这一过程与地球上的降雪类似。只不过,这些二氧化硫的“雪花”是黄色的,下“雪”时一派金碧辉煌的美丽景象。
在距地球30亿公里的更远处,有一颗绕行蓝色海王星的卫星,名为海卫一,它也会下雪。这颗身处宇宙深处的卫星,是太阳系中最冷的卫星之一。
海卫一的表面主要由冻结的氮组成,同时也含有干冰(二氧化碳)、水冰、一氧化碳冰和甲烷。随着海王星环绕太阳公转的周期重复,加之海卫一自身地质活跃,其表面液态的氮和甲烷等成分重复发生蒸发和冻结过程。当这些被喷射到高空的液态物质凝结后,飘落下来,就形成了一场非常具有“少女感”的粉红色雪。
另外,据美国宇航局“伟大的卡西尼号”探测器的数据,土星的第六大卫星——土卫二,可能是外星滑雪的最佳地点。
探测器发现,这颗冰冷卫星上的间歇泉,会喷出冰粒子,并以一种可预测的方式落回土卫二表面,形成铺满超细冰晶体的斜坡,很可能非常适合障碍滑雪比赛。不过,以地球标准来看,这种水晶“雪”的降落速度非常缓慢,科学家说,积累100米高的雪坡,可能需要几千万年。
超羡慕!太阳系多个星球 会下“钻石雪”
近期美国科研团队通过模拟场景实验后推断,土星、木星及太阳系外的很多星球上空,都会下钻石雨雪。这是继关于“太阳系里天王星、海王星上空经常下钻石雨雪”研究理论的又一突破。
下钻石雨雪与地球上空的雨雪本质上有不同。据探测器飞掠天王星、海王星得到的数据和科学家模拟还原钻石雨的过程得知,这些星球上空的雷电,将气体中的甲烷分解,形成煤灰形态的碳,碳下落变成石墨,石墨落到星球深处,因巨大的压力形成钻石,从甲烷到碳到石墨再到钻石,这个过程明显属于化学变化。
下钻石雨雪主要取决于两个条件。首先是上空有一定数量的甲烷。在一定温度和压强条件下,甲烷会分解产生碳原子,最终聚合形成钻石。
美国科研团队研究推断,除了天王星、海王星,土星、木星上空不但会下钻石雨雪,而且约有1000000千克/天的碳,会落入星球深处变成钻石,其含量是地球钻石年存量的50倍。这些钻石“雨雪”里,大的直径超过1厘米,类似约15克拉的大钻石。
钻石形成必须具备特殊的自然现象或条件,比如强闪电、超高气温、超高压强和超厚的大气层或球幔。除了每秒十次的闪电风暴,几千度的高温,上百万帕的压强外,超厚的大气层或球幔,为甲烷变成钻石提供了绝佳场所。
以土星和木星为例。据推测,它们的大气层有几万千米,而地球的大气层只有约100千米；它们的直径超过12万千米,是地球直径的10倍以上。甲烷被土星和木星上空的强闪电击穿后,下降4000多千米变成石墨,石墨下降6000多千米,因强压变成钻石。钻石再越过10000多千米的球幔到达星核,超高温会让它们变成液态,形成名符其实的“钻石海”。
科学家预测,仅在土星上,每年至少可形成超过1000吨钻石。不过,人类现有的科技还没法支持你在土星上收集钻石。因为土星核心温度高达11700°C,很多钻石会被融化成糊状液体。钻石雨在半空可谓“雁过不留痕”,只有极少数钻石会被保存下来。
天王星和海王星都是气态行星,不仅也会下起大片钻石雨雪,在大面积的液态钻石海中,还漂浮着许多钻石冰山,可以说到处是钻石。钻石之所以广泛存在,是由于这两颗行星强大的气压,能达到地球的千万倍,同时温度也有数万摄氏度,并且大气和表面有大量的炔、烷,因此碳元素丰富。
宇宙中还有一颗 终年下“黑雪”的星球
天文学家曾发现一颗编号为HD 209458b的系外行星,这颗星球上的降雪是黑色的。
天文分类上,系外行星HD 209458b隶属于“热木星”家族,“热木星”是距其中央恒星较近的一类巨气态行星。我们太阳系中的两颗巨气体行星——木星和土星由于离太阳相对较远,所以处于冰冷状态。
HD 209458b行星的自转被潮汐力锁定,总是一面朝向恒星,也就是说,它的一面总是白天,而另一面总是处于黑夜。处于白天的一面温度高达2000多摄氏度,而处于黑夜一面的温度相对比较低,大约在500摄氏度。
因此,在这样极端的星球上,雪花不可能是由水凝结形成。由于两半球存在巨大温差,导致大气流动在两半球之间不断交换物质和能量。这意味着,在白昼一面处于气态的物质,进入夜晚的一面则会冷却为固态,并以酷似“雪花”的形式纷纷下落,氧化钛就是其中一类物质。
新研究表明,落下的固态氧化钛可以重新变为气态进入大气,参与新一轮降雪,形成物质的持续循环。
除此之外,在宇宙更深处还有一些下雪的星球。开普勒-13ab是一颗质量巨大的系外行星,比木星大6倍,距地球1730光年。它也会下雪,但下的是二氧化钛晶体,二氧化钛是防晒霜的活性成分之一。
宇宙茫茫,尽管现阶段已探明的可以飘雪的星球屈指可数,但谁能说得准,下一个会在何时被发现呢?也许将来有一天我们碰到外星人,还可以问问:你的星球飘雪了吗?
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