我國(guó)國(guó)家航天局日前公布了由“祝融”號(hào)火星車(chē)拍攝的火星著陸點(diǎn)全景、火星地形地貌等影像圖,。圖中泛著金屬光澤的火星車(chē)和著陸器在火星灰蒙蒙的土黃色天空下熠熠生輝,，既充滿了作為“天外來(lái)客”的神秘感、科技感,，也彰顯了外星風(fēng)光特有的綺麗,、壯美。

　　英國(guó)詩(shī)人奧斯卡·王爾德曾說(shuō)：“談?wù)撎鞖馐菬o(wú)趣人類最后的避難所”,。但是這位詩(shī)人一定沒(méi)有想到,，100多年后的今天，各種極端“天氣”的奇異程度早已超乎人們想象,，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)不局限于地球上的天氣,。

　　很多讀者會(huì)好奇，包括火星在內(nèi)的外星球上,，都是什么樣的景象,，都有哪些千奇百怪的外星“天氣”？形成原因又是什么,？今天我們邀請(qǐng)中國(guó)科學(xué)院文獻(xiàn)情報(bào)中心“空間光電與重大科研設(shè)施”團(tuán)隊(duì)情報(bào)咨詢師郭世杰,，和讀者做些詳細(xì)介紹。

木星風(fēng)暴想象圖

　　類地行星：火星大氣稀薄卻有沙塵暴

　　問(wèn)：能否介紹一下太陽(yáng)系行星中類地行星的“天氣”情況,？

　　答：人類進(jìn)入太空時(shí)代的近幾十年,，我們得以發(fā)射航天器實(shí)地探測(cè)其他星球的天氣狀況，以及將天氣的成因同行星的起源和演化相互聯(lián)系起來(lái),，從基礎(chǔ)物理的層面上,，去理解不同星球上千奇百怪的環(huán)境。不僅如此,，20世紀(jì)90年代以來(lái),，幾千顆系外行星（即太陽(yáng)系之外的行星）不斷被發(fā)現(xiàn)，關(guān)于行星和行星大氣的觀測(cè)數(shù)據(jù)爆炸式增長(zhǎng),，人類對(duì)外星天氣的認(rèn)知也在短短幾十年間不斷刷新和豐富,。可以說(shuō),，“外星天氣”這一主題真正迎來(lái)了有實(shí)質(zhì)性數(shù)據(jù)支撐,、可以進(jìn)行客觀分析和驗(yàn)證的大發(fā)展時(shí)期。并且,，人類很可能在不遠(yuǎn)的將來(lái)踏上外星土地,，實(shí)地去感受“外星天氣”,。

　　一顆星球上的天氣表現(xiàn)如何，取決于這顆星球本身的成分和其所處的物理環(huán)境,。

　　太陽(yáng)系的八大行星中,，水星、金星,、地球,、火星都是類地行星。它們距離太陽(yáng)近,，體積和質(zhì)量都較小,，平均密度較大，表面溫度較高,，大小與地球差不多,，也都是由巖石構(gòu)成的。

　　距離太陽(yáng)最近的水星本身質(zhì)量小,，因此無(wú)法提供足夠強(qiáng)的萬(wàn)有引力“留住”大氣,，此外又接受太陽(yáng)風(fēng)的近距離“吹拂”，所以其大氣層極其稀薄,，不可能產(chǎn)生地球上的常見(jiàn)天氣現(xiàn)象,；又正因?yàn)槿狈Υ髿鈱拥摹氨匦Ч保运巧系臏囟茸兓謩×?，夜間和白天的赤道溫度可以從-170℃上升到430℃左右,。

　　距離太陽(yáng)第二近的金星大氣非常濃密，其中有超過(guò)96%的成分是二氧化碳,，導(dǎo)致金星的溫室效應(yīng)十分嚴(yán)重,，地表溫度達(dá)460℃以上。

　　距離太陽(yáng)第四近的火星（地球是第三近的行星）自轉(zhuǎn)軸傾角,、自轉(zhuǎn)周期與地球相近,，但其繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道是非常“扁”的橢圓,，使其在近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)之間的溫差達(dá)到約160℃,。此外，火星比地球更小,，沒(méi)有海洋作為溫度調(diào)節(jié)器,，冬季溫度可達(dá)-133℃，夏季溫度可達(dá)27℃,。

　　火星的磁場(chǎng)僅來(lái)源于其表面磁化的地殼,，所以非常微弱，無(wú)法阻擋太陽(yáng)風(fēng)不斷地侵蝕其表面大氣。現(xiàn)在火星的大氣層非常稀薄,，主要由二氧化碳組成,，大氣密度不到地球的1%。

　　雖然火星大氣稀薄,，但絲毫不平靜,。火星的風(fēng)速可達(dá)每秒180米,，經(jīng)常形成席卷整個(gè)火星,、持續(xù)數(shù)周的大規(guī)模沙塵暴。

　　從“祝融”號(hào)火星車(chē)拍攝的照片我們可以看出,，火星的天空看上去有些接近地球上嚴(yán)重沙塵暴時(shí)的天空景象,，另外還略帶了一些與火星土壤顏色相近的暗紅色調(diào),。另?yè)?jù)我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)工程總設(shè)計(jì)師張榮橋介紹,，天問(wèn)一號(hào)實(shí)施火星著陸時(shí)，火星的天氣狀況較好,，沒(méi)有出現(xiàn)沙塵暴等情況,，可謂“天遂人愿”。

　　氣態(tài)巨行星：木星上也有雷擊閃電

　　問(wèn)：太陽(yáng)系行星中氣態(tài)巨行星的“天氣”情況又是怎樣,？

　　答：從火星軌道向外,，依次是木星、土星,，這兩顆行星均屬于“氣態(tài)巨行星”,，體積是地球的700倍以上，萬(wàn)有引力也遠(yuǎn)比地球大,，主要成分都是氫元素,。因?yàn)槿狈腆w地表提供“摩擦減速作用”，作為氣態(tài)行星又有密度低,、自轉(zhuǎn)速度快,、具有流體可變性等特點(diǎn)，這兩顆星球上的風(fēng)暴尺度之大,、速度之快均超過(guò)人們想象,，著名的木星“大紅斑”就是尺度足夠容納兩個(gè)地球的超級(jí)大風(fēng)暴。從某種意義上來(lái)說(shuō),，地球上常用的氣象概念已經(jīng)不足以描述這種星球上的天氣現(xiàn)象了,。

　　據(jù)英國(guó)諾丁漢特倫特大學(xué)物理高級(jí)講師伊恩·惠塔克介紹，1979年美國(guó)“旅行者”1號(hào)探測(cè)器飛掠木星時(shí)曾觀測(cè)到這顆遙遠(yuǎn)星球上的閃電,，人們當(dāng)時(shí)認(rèn)為這種閃電跟地球上的閃電沒(méi)有區(qū)別,。但是后來(lái)在2016年，美國(guó)“朱諾”號(hào)木星探測(cè)任務(wù)對(duì)木星閃電風(fēng)暴進(jìn)行了更深入的觀察，推翻了這種認(rèn)識(shí),。根據(jù)“朱諾”任務(wù)團(tuán)隊(duì)發(fā)表在《自然》雜志上的學(xué)術(shù)論文,，木星上的閃電在木星極區(qū)分布最多，赤道附近幾乎沒(méi)有,，而這與地球恰恰相反,，這是因?yàn)榈厍虺嗟狸懙厣峡帐俏仗?yáng)光照和熱量最快、最容易形成空氣強(qiáng)對(duì)流和大氣不穩(wěn)定性的地方,；木星比地球離太陽(yáng)遠(yuǎn)得多,，而且來(lái)自木星內(nèi)部的熱量對(duì)大氣的穩(wěn)定性也會(huì)產(chǎn)生決定性影響，導(dǎo)致大部分大氣對(duì)流和湍流都發(fā)生在木星極區(qū),。此外,，木星上的閃電電荷的累積過(guò)程不是在水滴和水冰中發(fā)生的，而是在氨-水混合冰凍的“雪球”中產(chǎn)生的,。木星大氣中還存在與地球上類似的“瞬態(tài)發(fā)光事件”,，包括由電離層快速向下發(fā)展的“紅色精靈”、由閃電激發(fā)的低電離層區(qū)域的圓環(huán)狀放電“淘氣精靈”等,。

　　伊恩·惠塔克還提到,，土星最大的衛(wèi)星——土衛(wèi)六上可能會(huì)下“甲烷雨”。這是因?yàn)橥列l(wèi)六擁有氮?dú)夂砍^(guò)96%的大氣層,，且其地表?yè)碛写罅考淄楹鸵彝榈葻N類混合物,。由于土衛(wèi)六地表溫度接近零下180℃，這些烴類能夠以液態(tài)存在,，使土衛(wèi)六上有類似于地球的液體循環(huán),，從河流、湖泊甚至海洋,，到“興云致雨”的過(guò)程,，只不過(guò)這些液體的成分不是水，而且土衛(wèi)六的火山活動(dòng)在其中扮演了重要角色,。由于土衛(wèi)六的引力僅與月球相當(dāng),，大氣密度又比地球大，因此土衛(wèi)六上的“雨滴”更大,，據(jù)推測(cè)其尺寸在1厘米左右,，下降速度則是地球雨滴的五分之一，估計(jì)看上去就像是放慢動(dòng)作的電影場(chǎng)景一樣,。

土衛(wèi)六“甲烷雨”想象圖

　　冰態(tài)巨行星：大氣成分復(fù)雜也能產(chǎn)生風(fēng)暴

　　問(wèn)：那么,，太陽(yáng)系行星中冰態(tài)巨行星的“天氣”有怎樣的特點(diǎn)？

　　答：從土星軌道再向外,，天王星,、海王星屬于體積介于“類地行星”和“類木巨行星”之間的“冰態(tài)巨行星”,，它們被人類了解得就更少了。目前能夠推測(cè)的是,，它們的大氣外層大部分是氫氣,，向內(nèi)則是由水、氨,、甲烷,、硫化氫等組成的混合物，大氣之下也沒(méi)有像地球表面一樣的巖石地殼,，而是一種高溫高壓狀態(tài)下的,、稠密且導(dǎo)電的流體。

　　最新研究表明,，這種冰巨星內(nèi)部甚至不一定有明確的分界線,，而是可能由外到內(nèi)隨著溫度和壓力的升高，逐漸從氣態(tài)過(guò)渡到氣液混合的行星地幔和地核,。雖然距離太陽(yáng)已經(jīng)十分遙遠(yuǎn),，但是在自身內(nèi)部熱源的驅(qū)動(dòng)下，這兩顆冰巨星的大氣依然會(huì)發(fā)生顯著的流動(dòng),，從而產(chǎn)生風(fēng)暴——當(dāng)然這種風(fēng)暴是人類難以親身體會(huì)的,，因?yàn)槲覀兊搅诉@種星球上甚至可能找不到一個(gè)可以“腳踏實(shí)地”的表面,。

　　系外行星：特別星球夜晚會(huì)下“鐵雨”

　　問(wèn)：目前人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了很多太陽(yáng)系外行星,，對(duì)它們的“天氣”情況人類有多少了解？

　　答：從太陽(yáng)系向外遙望,，人類已經(jīng)利用地基天文臺(tái)和在太空中的望遠(yuǎn)鏡確認(rèn)了超過(guò)4000顆系外行星的存在,，這些行星的質(zhì)量、軌道,、種類分布也都千差萬(wàn)別,。其中，2013年發(fā)現(xiàn)的一顆系外行星WASP-76b屬于“熱木星”（即星球結(jié)構(gòu)與木星接近,，但運(yùn)行軌道很靠近恒星的氣體巨行星）,。它的半徑接近木星兩倍，受到恒星的潮汐鎖定作用（月球也是被地球引力潮汐鎖定）,，因此有一側(cè)是永遠(yuǎn)面向恒星的“白晝面”,，另一側(cè)是“黑夜面”。白晝一側(cè)的表面溫度在2000℃以上,，鐵在這種溫度下會(huì)融化和蒸發(fā),，而WASP-76b上剛好也有鐵元素。這就導(dǎo)致WASP-76b上可能會(huì)下“鐵雨”：鐵在白晝一側(cè)氣化并在大氣中上升,，運(yùn)動(dòng)到黑夜一側(cè)后冷卻凝結(jié)成液體然后下落,，就像雨滴一般。這是目前人們有確切的證據(jù)來(lái)推測(cè)會(huì)下“鐵雨”的唯一一顆行星。

　　地球：天氣得天獨(dú)厚

　　問(wèn)：我們介紹了這么多外星“天氣”,，回過(guò)頭來(lái)看,，地球天氣有什么獨(dú)特的地方呢？

　　答：值得強(qiáng)調(diào)的是,，像地球這樣“幸運(yùn)”的星球至少到目前為止還是獨(dú)一無(wú)二的：

　　她位于恒星的宜居帶內(nèi),，既不會(huì)被“冰凍”也不會(huì)被“烤焦”，因此既能提供生命活動(dòng)所需的能量,，又能使復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)不會(huì)因高溫而遭到破壞,；

　　她的大氣層既不像水星那樣稀薄，也不像金星那樣濃密,，因此既能為地表提供保溫效果,，又不至于熱到使液態(tài)水全部被蒸發(fā)；

　　她的地質(zhì)活動(dòng)既不像火星那樣死寂,，又不像冰巨星和氣態(tài)巨星那樣流動(dòng)性太強(qiáng),，因此既能產(chǎn)生地磁場(chǎng)充當(dāng)生命的“輻射屏蔽保護(hù)傘”，又不會(huì)像“原行星”時(shí)期那樣每天巖漿遍地,、地動(dòng)星沉,；

　　她的自轉(zhuǎn)傾角和公轉(zhuǎn)軌道也都恰到好處，使得地球表面有日夜切換,、風(fēng)調(diào)雨順,、四季分明； 

　　她周?chē)€有衛(wèi)星（月球）和大行星（木星和土星）充當(dāng)吸引小行星/彗星撞擊的“盾牌”,，使自己不至于經(jīng)常遇上能讓恐龍滅絕的那種天體碰撞事故,。

　　即使在這樣得天獨(dú)厚的條件下，生命在地球上出現(xiàn)后,，也還是經(jīng)過(guò)了38億年的漫長(zhǎng)歲月,，才出現(xiàn)了能夠理解地球和宇宙歷史的智慧生命。