行星的奇迹（插图本）/第一推动丛书

作者简介

菜曼·普林嘉博士 伦敦大学学院(UCL)天文学和天体物理学著名学者，其研究领域是银河系内的大质量恒星。曾获比利时皇家学院的“鲍尔-克里斯蒂安飞行研究奖”和伦敦大学学院的教学奖，曾出版《了解宇宙》一书并撰写了一系列天文科普书籍。

内容简介

当我们安排假日和周末出游时，会非常关心天气。事实上，我们对地 球J二的气候和天气再熟悉不过了。在一个特定的地点和时间，可能出现的 天气包括下雨、刮风、多云、高压或冷锋。偶尔我们也会遇到更恶劣的天 气，比如龙卷风和雷暴雨。在更大的地域内，气候就是地球上一个同家或 某个地方的典型天气。我们也可以综合不同地域的气候，整体分析全球的 气象。太阳系里的任一行星，只要有厚实的大气就会有天气。确实，我们 现在越来越关心人类活动对地球大气造成的影响及其后果(改变全球气象) ，科学家通过研究其他行星的天气，能够了解改变气象的大量最关键的因 素。 类地行星(即岩态行星)地球、火星和金星有迥然不同的大气，因而也 有各不相同的天气。气态巨行星木星、土星、天王星和海王星与类地行星 极为不同，它们有巨大的气体壳层包围，天气活动的规模大得多。通常， 行星自转轴的倾斜度(产生季节变迁)、与太阳的距离、昼夜长短和大气的 性质会影响行星的天气。例如，在地球上，来自太阳的热辐射是天气的第 一驱动力，它把大气与气压、风和水汽等决定性因素结合起来，形成了天 气。在气态巨行星木星和土星上，天气的第二驱动力是南从行星本身内部 释放的能量转化成的热量。 在考察最惊人的行星天气之前，让我们先看一看太阳系其他行星上的 天气。水星基本上没有大气，冈此它没有风暴，但它的温度变化极大，夜 间为-173℃，白天高达425℃。虽然金星的质量和大小与地球类似，但是它 整体上被二氧化碳和硫酸云组成的浓密大气包裹着。浓密的大气把太阳辐 射到金星表面的任何能量吸收殆尽，于是产生了失控的温室效应，导致金 星的表面成为太阳系内最炽热的地方，温度高达约460℃。与此相反，火星 拥有非常稀薄的二氧化碳大气，几乎不及地球海平面上密度的1/100。然而 ，火星环绕太阳的轨道比地球扁长，这意味着离太阳最近时，它的某些部 分能够多获得40％的阳光。这种变化导致火星剧烈的季节性变化，例如尘 暴和极冠缩小。 木星自转轴的倾斜角只有3度(地球的倾斜角为23.5度)，这意味着在这 个行星上基本上没有季节差异。然而，木星是太阳系里自转最快的行星， 它有非常湍动的大气，其大气内的不同化学成分也能导致温度的极端变化 。土星与木星类似，不过它的大气比木星少些色彩。土星也是一个快速自 转的行星，大规模的风从东到西横扫全球，使其表面呈现条带状。这种大 规模的风称为“带形流”，而且往往伴随着卵形的风暴。 天王星很特殊，因为它的自转轴的倾斜角是90度。你也许会说它相对 于其他行星是侧身倾倒着。这导致了一些奇特的季节性效应。在天王星环 绕太阳公转周期(约84年)的几乎1/4的时间内，太阳照耀天王星两极之一， 让另一半球沉陷于漫长而寒冷的冬季。 海王星上的云状的特征比天工星更易察觉，因为它有更加活跃的天气 ，具有狂风和地球般大小的风暴。关于冥王星的季节，我们几乎一无所知 。这个不大的行星环绕太阳运行的轨道很扁，很可能当它离太阳最远时， 它的稀薄的甲烷大气会上冻并结冰。 风和尘埃 我们认为，地球上最具破坏力的天气现象是飓风，它常常令人觉得恐 惧和神秘。地球上的飓风在水面上产生，并且受贮存在热带海洋里的太阳 热能的驱动。水汽、风、温热的海洋和不稳定的天气混杂在一起能产生滔 天巨浪、强劲疾风和倾盆大雨。地球上的飓风有时称为台风和热带气旋。 不论名称如何，它们常常带来死亡和破坏。例如，在2005年8月底，一股名 为卡特琳娜的强劲飓风以每小时高达243千米的风速横扫墨两哥湾沿岸，袭 击了美国的路易斯安那州，并在那里登陆，挟带着巨浪摧毁城镇，并淹没 了新奥尔良市近80％的面积。类似的一场飓风曾于1991年4月席卷孟加拉国 ，掀起了37米高的狂澜，导致近10万人丧生。 地球上飓风的形成 形成热带气旋和飓风有3个必不可少的条件：雷暴雨云团、温热的海洋 和稳定轻微的上层风。它们受热而蓄积能量，从低层大气吸入潮湿的空气 ，使之上升并稠密。上升的空气在海洋附近造成一个低压区域，这义把更 多的温热空气吸引过去，不断孕育着风暴。随着雷暴雨带的形成，飓风云 的顶部在大气内升得更高。从反方向吹来的风立刻使高耸的飓风旋转起来( 在北半球逆时针方向，在南半球顺时针方向)。当这种猛烈的风与风暴眼( 即风暴中心)的低气压相结合，便在海面上掀起狂澜，称为风暴潮。这种风 暴潮卷起排山倒海的汹涌巨浪，会在大海沿岸造成严重的灾害。在地球上 ，洋面上的飓风能肆虐约两个星期。它们最终减弱并失去能量有几个原因 。当飓风刮过较冷的水域时，旁路风会把它们撕扯(剪切)开来。更常见的 是飓风登陆，这标志着它失去了主要的湿气源，从而变弱直到消亡。 飓风是按风力的强度分类的。一级风暴的风速达到每小时153千米，风 暴潮的浪高约1.5米。最强的五级飓风的风速超过每小时249千米，风暴潮 的浪高超过5.5米。根据国际协议，每年的飓风按字母表命名，交替地赋予 男性和女性的名字，名单每6年修改一次。 巨行星上的飓风 尽管地球上的飓风和气旋有可怕的摧毁性力量，但是太阳系其他行星 上的天气条件更加狂野和剧烈。伽利略号宇宙飞船和卡西尼号宇宙飞船的 最新探测，让我们对气态巨行星木星和土星剧烈动荡、高度湍动的大气有 了新的认识。请记住，它们是巨大的高速自转的行星，主要由氢气和氦气 组成。木星和土星都是过热行星，这对于它们强烈的天气系统有重要意义 。也就是说，这两颗行星辐射的能量超过它们从太阳接收的热量。木星从 整个行星的缓慢收缩中产生它的附加能量，这个过程从其45亿年前的形成 之时已经开始。这种产热的收缩在今天已大为减慢，事实上已跌落至每年1 毫米。土星附加热量的主要来源并非行星的收缩，而是源于在其内部深处 氦微滴的密集下落。这种运动的能量转化为热量。P022-027