🌊 星海涟漪：MIT揭开外星波浪的神秘面纱
✨ 地球的浪是水做的诗，而泰坦的浪是甲烷谱写的慢板，火星古海的余波仍在沙粒间低语——宇宙从不重复同一首波浪之歌。
土星的大型卫星泰坦上的波浪与地球上的波浪对比。麻省理工学院研究人员的一项研究表明，其他星球——包括太阳系外的行星——上的波浪应该会有很大差异。图片由麻省理工学院提供。
🔍 我们都见过湖泊或海洋上的波浪。太阳系外其他行星或卫星上的波浪活动会有何不同呢？
麻省理工学院的研究人员在一项名为PlanetWaves的研究中表示，其他星球上的波浪会有很大差异。这些波浪可能存在于像地球上那样的水中，也可能存在于其他更奇特的液体中，比如土星卫星泰坦上的甲烷乙烷湖泊和海洋。
其他行星上的波浪
我们都熟悉地球上的波浪，从夏日温和的涟漪到巨大的潮汐波不等。但其他行星上的波浪会是什么样子呢？在太阳系中，我们可以在土星的大卫星土卫六上寻找线索，它有甲烷乙烷的湖泊和海洋。还有，在古代火星上，随着其早已消失的水湖和可能存在的海洋，波浪可能是什么样子的？近日，麻省理工学院（MIT）的研究人员在一项新研究中表示，行星与行星之间或卫星与卫星之间的波浪可能会有很大差异。
这项研究考察了泰坦、古代火星以及三颗可能存在表面液体（从水到熔岩不等）的不同系外行星。
这篇新的同行评审论文发表在《JGR行星》上。
🧪 行星波模型
在这项新研究中，研究人员开发了一个名为PlanetWaves的新科学模型。该模型可以预测其他岩石行星或卫星上的海洋或湖泊中波浪可能的行为。研究涵盖了土星的卫星泰坦、远古火星和三颗系外行星。它还能考虑不同类型的液体。例如，泰坦的海洋和湖泊由液态碳氢化合物——甲烷和乙烷——而非水组成。
根据该模型，轻柔的风就足以在土卫六上形成大浪。但在系外行星55巨蟹座e上，飓风级别的风几乎不会产生任何涟漪。科学家认为55巨蟹座e可能被熔岩海洋或熔岩湖覆盖。这项研究的作者、伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）的副科学家安德鲁阿什顿说：
“在地球上，我们习惯了特定的波浪动力学。但通过这个模型，我们可以看到波浪在具有不同液体、大气和重力的行星上是如何表现的，这可能会在某种程度上挑战我们的直觉。”
该模拟对比了土卫六（左）和地球（右）上可能存在的波浪。图片来源：Schneck等人MIT。
🛰️ 泰坦，湖泊之地
土卫六（泰坦）是科学家们特别感兴趣的天体。它是一颗卫星，但也是太阳系——我们所在的太空区域——中已知的唯一一个表面有湖泊和海洋的其他天体。而且它比围绕遥远恒星运行的系外行星离我们近得多。正如麻省理工学院地球、大气与行星科学系塞西尔与艾达格林教授、合著者泰勒佩伦所指出的：
“任何有液体表面且有风吹过的地方，都有可能产生波浪。对于泰坦（土卫六）来说，令人好奇的是我们还没有直接观测到这些湖泊的样子。所以我们不确定那里可能存在什么样的波浪。现在这个模型给了我们一些思路。”
需要注意的是，我们确实拥有这些湖泊的视觉观测结果，但这些结果仅来自卡西尼号探测器上的雷达。环绕土卫六的全球性橘色雾霭（或称烟雾）在常规光线下完全遮挡了我们的视线。
未来，美国国家航空航天局（NASA）可能会向土卫六上的某个湖泊直接发送探测器。但它需要能承受可能出现的任何波浪。UnaGaylinSchneck是麻省理工学院地球、大气与行星科学系（EAPS）的一名研究生，也是主要作者。她说：
“你会想要建造能承受海浪能量的东西。所以了解这些仪器将面对什么样的海浪很重要。”
⚖️ 涉及的各种因素
一颗行星或卫星拥有什么样的波取决于多种条件。这可能包括该天体的引力强度、大气的密度和成分以及其表面液体的成分。施内克表示：
“过去曾有人尝试预测重力会如何影响其他行星上的波浪，但这些尝试并未量化液体成分等其他因素——而这正是该研究项目的重大突破。”
关于涉及的液体，存在密度、粘度和表面张力等因素。大气压力也会帮助确定形成何种类型的波。阿什顿说：
“想象一片完全平静的湖面。我们正试图弄清楚是哪一缕风会激起最初那些细小的涟漪，直到形成完整的海浪。”
艺术家对土卫六上最大的甲烷乙烷海——克拉肯海的构想，带有小波浪。图片由美国国家航空航天局约翰格伦研究中心康奈尔大学提供。
🌊 测试如何在泰坦上制造波浪
研究人员使用PlanetWaves模型测试了造波过程。首次测试使用了苏必利尔湖上浮标的数据。该模型成功预测了产生波浪所需的风速以及波浪的大小。
研究人员随后利用这些数据研究了泰坦的湖泊和海洋。尽管这些液体是甲烷和乙烷，而非水，但模型显示泰坦上应该很容易形成波浪。这在很大程度上是由于泰坦的重力较弱且大气压力较低。施内克解释道：
“它看起来有点像缓慢移动的巨浪。如果你站在这个湖的岸边，你可能只感觉到一阵微风，但你会看到这些巨大的波浪向你涌来，这在地球上是我们意想不到的。”
像PlanetWaves这样的模型或许也有助于解决土卫六上其他相关的谜团，比如为什么在河流汇入湖泊和海洋的地方似乎大多没有三角洲。佩伦说：
“与地球不同，河流入海口处通常会形成三角洲，而土卫六上几乎看不到类似三角洲的地貌，尽管那里有大量的河流和海岸。波浪是否是造成这一现象的原因呢？这类谜题正是该模型将帮助我们解开的。”
🪐 玛星远古海洋上的波浪？
接下来，研究人员将这些数据应用于古代火星。我们知道火星表面曾有许多湖泊，而且越来越多的证据表明它曾存在过古海洋。在过去更浓厚的大气中，风很容易产生波浪。但模型显示，随着大气逐渐变薄并大部分流失到太空，形成波浪需要更强的风。
MIT的UnaGaylinSchneck是这项关于其他星球上波浪的新研究的主要作者。图片由UnaGaylinSchneck提供。
🔭 三颗系外行星上的波浪
最后，研究团队观测了三颗不同的系外行星。
LHS1140b是一颗寒冷超级地球，这意味着它比地球更冷且体积更大。科学家认为这颗行星可能存在液态水，拥有一个眼球状海洋。但由于其体积较大，它的引力更强。模型显示，由于引力差异，地球上同样的风在这颗行星上会产生小得多的水波。这颗行星也是万福玛利亚计划研究中45颗最适合寻找外星生命的行星之一。
开普勒1649b是一颗类金星行星，其重力与地球相似。人们认为它存在硫酸湖泊，硫酸的密度约为水的两倍。模型显示，即使在这些湖泊上产生一丝涟漪也需要强风。
55Cancrie。这是一个炎热的熔岩星球，其重力比地球大，表面液体也更稠密、更粘稠。科学家们推测，这颗行星上存在着液态岩石构成的海洋。研究人员发现，时速约80英里（129公里）的飓风级风力，只能产生几厘米高的小波浪。更稠密的液体使得波浪更难形成。
🌌 底线：宇宙的浪，各有其律
麻省理工学院的一项新研究表明，其他星球上的波浪应该会有很大差异。科学家们正在研究土星卫星泰坦的湖泊和海洋以寻找线索。
来源：在火星、泰坦及系外行星上的应用
经由麻省理工学院
BY: Paul Scott Anderson
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参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3.原文来自： https://earthsky.org/space/waves-on-other-planets-titan-exoplanets-mit/
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