在原始火星上，雨下得究竟有多大？

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在原始火星上，雨下得究竟有多大？

很久很久以前（準確來說是37億年前），火星上是下雨的。事實上，那時的火星表面存在足夠的液態水來創造巨大的峽谷網路和滿溢的盆地湖，但這種情況並沒能持續太久，這顆可憐的星球就失去了自己的大氣層，變成了一片永凍的廢土。

在地質證據的基礎上，科學家確信原始火星有降雨。具體降雨量是多少呢？羅伯特·克拉多克（史密森學會）和拉爾夫·洛倫斯（約翰霍普金斯大學應用物理實驗室）對火星的過去進行了一次有趣的研究，以探索火星上的降雨量是如何隨時間變遷的，以及降雨對火星地表究竟有多大的影響。

這個火星地表的照片顯示了其位於赤道以北的峽谷網路。 峽谷深，分支多，與坑窪中的積水的跡象來看，表明這是由降雨而不是融雪形成的山谷。

R.A.Craddock＆R.D.Lorenz / Icarus 2017

讓我們對雨滴受力分析：雨滴受到兩個力作用，向下的重力和向上的空氣阻力。大氣越厚，空氣阻力就越大，雨滴就下落的越慢，雨滴本身也越小。那是因為當下落的雨滴變得更大的時候，空氣動力學的阻力使雨滴底部變平，直到雨滴變成像漢堡包的圓麵包一樣的形狀。若雨滴變得更大時，它就會進而變形成一個雨傘的形狀，直到被大氣的阻力分解。

水滴在大氣中的受力圖

團隊計算了雨滴的可能達到的最大體積和最大速度，和在0.5-10巴（1巴是地球海平面處的大氣壓強）的大氣壓強下的降雨強度，這個壓強範圍包括了科學家提出的各種可能的火星環境。

從火星土壤吸水能力出發，克拉多克和洛倫斯認為火星大氣壓強超過4巴時，降雨強度跟霧差不多——遠不足以造成雨水侵蝕。但由於火星在幾千年間失去了大氣層，雨滴得以變得更大，最大直徑約7.5mm，比地球的雨滴直徑大1mm。並且落地更重——達到了毛毛雨的級別。大氣壓強在1.5巴時降雨強度達到最佳狀態，與陸地風暴相當——然而，火星上更大的雨滴和更慢的雨滴速度使其陸地風暴強度只能達到地球的70%。

計算結果表明，火星的歷史上可能存在一個簡短的時期，降水會引起嚴重的土地侵蝕。這個推理是合理的：火星縱深的峽谷網路形成於37億年前，也是在這個時候，火星的大氣層開始悄悄變薄。2012年，研究人員也發現，在200多個火星盆地湖中，只發現了有限的與水相關的礦物質轉變跡象，這表明火星上的湖泊並沒有持續很長時間。

火星上峽谷河流想像圖

克拉多克和洛倫斯繼續說，他們對雨的強度隨時間變化的預測與火星上的隕石坑侵蝕模式的變化是一致的——Noachian時期（4.1至3.7億年前）隕石坑侵蝕較少，而 Hesperian時期（3.7至3.3億年前）侵蝕較多。但是很多其他的因素也加速了火星上隕石坑的侵蝕，尤其是火山活動：上文提到的2012年研究還發現，在所有作為調查對象的火星盆地湖中，超過40%已經被火山活動改變了地貌，而火山活動在 Hesperian時期特別活躍。

在水手谷的東端，科學家觀察到洪水泛濫的確鑿跡象。此處的地面曾經完全浸泡在水中，當洪水退去，地表幾乎完全塌陷下去，只剩下孤零零的方山和丘陵。儘管發生在數百萬年前，但是這段洪水泛濫現象卻集中發生在火星歷史上一個稱為「西方紀」（Hesperian）的時期。這個時期是處在形成巨大隕石坑和火山活動最劇烈的「諾亞紀」（Noachian）之後，與「亞馬河代」（Amazonian）之前的一個過渡時期。這三個時期的命名取自三個特定的區域：諾亞台地（Noachis Tra ）、西方之國平原（Hesperia Planum）以及亞馬遜河平地（Amazonis Planitia）。

——摘自百度百科

我們對火星降水與火山口腐蝕之間的關係仍應該持半信半疑的態度。然而不得不承認，對火星過去降水的研究是個令人愉快的課題。

這是41億年前的火星。 它的表面全是隕石坑。 在這個圖像中，有灰色而年輕的巨型火山口烏托邦，這是由大隕石或小行星體砸出來的。那時候，火星並不是真正的紅色，而是可能與地球剛形成的時候類似。海洋中還沒有孕育生命，若在未來的千百萬年間火星大氣更密的話，興許還有可能產生生命。火山和火山穹頂不存在，火山口Hellas，Isidis和Argyre也不存在，也沒有極地冰蓋。火星是平的。

專欄打賞

作者：Camille M. Carlisle

翻譯：陳艷玲 | 校對：陸寅峰

編排：陳艷玲 | 配樂：解仁江

責任編輯：解仁江

『天文濕刻』 牧夫出品

火星上一個名為Jezero的隕石坑內的三角洲，這裡曾是個湖泊。

via NASA

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