外星气候 地球之鉴

天体气候学家秉持着这样的信条：观测其他星球的气候可以帮助我们更好地理解地球自身的气候。金星、火星、土星、海卫一……这些星球的特殊环境为地球气候模型的细化提供了大量宝贵的信息。就让我们以五个星球为例，来了解一下他们的初步收获。

身在实地，思绪游走云端，目光瞄准其他行星……气候和气象领域的专家们如今普遍处于这样一种状态，即在聚焦于地球大气波动的同时，也关注着那些遥远的异域星球：金星、海卫一、土星……真不知道该称他们气候学家还是天文学家。然而，过去一直是天文学家借用气候学家的模型，以地球为参照物来解释各类天体上发生的奇异现象，如今的“天体气候学家”却反其道而行，他们希望通过观测其他行星和卫星上的气候现象来更好地理解我们这颗蓝色星球的气候变迁。对他们来说，唯有如此，才能超越地球这一特例，开发出通用的行星气候模型，这也将是唯一能有效预测地球未来气候的模型。

身在实地……的确 ，无论现有的气候模型考虑得有多周到，无论它们日益精细的触角能够深入到多微小的细节，毕竟它们是仅以地球气候现象为基础，并仅为地球特别打造的。这一局限，被那些对人类活动引发气候变暖持怀疑态度的人拿去大做文章：怎么能够保证一个用来描述特例的模型是正确的呢 ？“ 在气候变暖的大背景中 ，超越这一局限尤为关键。”巴黎动力气象学实验室气候学家弗朗索瓦·佛杰（François Forget）承认道，“如要在不同环境中展开预测，气候模型就应摆脱基于现有观察的偏经验论方法，而以普适的物理法则为基础。为此有必要通过其他星球来测试它们的有效性。”

三十多年来，十几个太空探测器对太阳系各星球大气进行了仔细观测，它们发回的大量数据为人们提供了这一可能。气候学家的方法是，针对某种效应难以评估的气候现象，在太阳系其他星球上寻找其极端状态，然后将这一极端状态作为初始条件代入气候模型，再对结果进行比较。“地球作为一个系统非常复杂，每种气候现象的效应很难一一区分。”任职于法国大气、环境及空间观察实验室（LATMOS）的气象学家安妮·马塔南（Anni Määttänen）进一步解释道，“在其他星球上，某种效应会占据主导地位，我们可以更好地研究它，然后将成果运用于地球。这样可以暴露一些我们曾经忽视的问题，纠正过于简单化的理论。”于是我们看到，天体气候学家为了深入理解云系的产生而关注火星表面的龙卷风，为了预测地球冰盖未来的蒸发而研究海卫一上的浮冰，为了评估大气分层的影响而钻研酷热的金星，为了弄清南极涡旋的奥秘而探索土星，为了验证地球的水循环而潜入土卫六的河流……

成果已经来临

收获随之而来。弗朗索瓦·佛杰欣喜地表示:“同一个气候模型既适用于火星又适用于地球，这意味着它能够反映现实。”相反，“我们发现经常用来模拟地球云系的凝结理论并不适用于火星上的二氧化碳云。”安妮·马塔南指出，“这意味着有些事情我们还没有弄明白”。

事实上这一方法早就带来过成果：1982年，正是因为发现火星大气中的浮尘吸收阳光，鼎鼎大名的美国天文学家卡尔·萨根向人类揭示了核冬天的威胁。现在，人们又将利用这个方法确定并预测气候变暖的威胁。正如他们的先行者，心怀地球的天体气候学家再次把目光对准了其他行星。

海卫一

极地冰盖蒸发预演地球变暖后果

作为海王星的卫星，海卫一并不是一颗行星，但是它为我们预演着地球的未来。因为与我们的蓝色星球一样，在这个位于太阳系边缘的小小冰冻星球上，大气圈和氮冰形成的冰盖间持续进行着物质交换。“在地球上，极地冰盖的蒸发会使大气压上升。”弗朗索瓦•佛杰指出，“目前变化还不大，但随着二氧化碳含量增加，这一效应必将日渐明显。”借助来自海卫一的数据，气候学家已开始对他们的模型进行校正，并用改进后的模型预测气候变暖的后果。

土星

巨型气旋助建通用旋风理论

气候学家一直需要一个巨大的旋风来改进关于旋风的基本理论，并建立大气循环的精确模型……最终他们在土星的大气中找到了所需的研究对象。这张惊人的照片由“卡西尼”探测器拍摄于2012年11月27日，照片上我们只能看到旋风的风眼。但仅仅是这个风眼，面积就达900万平方千米。它所属的巨型气旋覆盖了土星的北极，风速达700千米/时，堪称地球南极涡旋的加强版——后者虽然很不起眼（卫星图像上几乎观察不到）却对地球气候至关重要，是它承担着南极与其余地区的热量交换。巴黎动力气象学实验室的埃梅里克•斯皮加（Aymeric Spiga）正根据来自土星的数据，建立第一个与之对应的全球气候模型，希望能够模拟巨型气旋的形成，从而彻底弄清地球南极涡旋的奥秘。

土卫六

通过甲烷验证地球上的水循环

“用地球气候模型成功预测土卫六的气候，这是我们气候学界最伟大的成就之一。”弗朗索瓦•佛杰激动地说道。河流、湖泊、雨水、云层……“卡西尼”探测器在这颗围绕土星运行的巨大卫星上发现的景色几乎和地球上的一模一样。“唯一的区别在于，土卫六上，甲烷代替了水，那里下的是甲烷雨。这两种循环非常相似。”巴黎动力气象学实验室的塞巴斯蒂安•乐博诺瓦（Sébastien Lebonnois）介绍道。气候学家于是产生了用土卫六测试地球气候模型的想法……结果令人大喜过望：他们在“卡西尼”探测器观察到甲烷云出现之前就预测到了它们的产生。

火星

小型沙尘暴揭秘地球云系形成

火星是研究大气运动的理想实验室。在那里，干冷空气和被太阳烤热的土地之间的温差产生了经久不散的沙尘暴。这些小型龙卷风在火星表面十分普遍，以1978年的“海盗”号探测器为首，所有靠近红色星球的探测器都曾观测到该现象。正如埃梅里克 • 斯皮加所言，“火星上的龙卷风数据比地球上更详细”。这再好不过了，因为它们是最难模拟的气象的极端表现，这一现象就是空气从低空向高空的对流。“作为导致云系形成的主因，解决对流问题是开发可靠气候模型的关键。”埃梅里克•斯皮加指出。借助火星数据，气候学家希望打造出更精确的气候模型。

金星

极端气候揭示不为人知的现象

对气候学家来说，金星既是一个噩梦般的所在，又是一个绝佳的研究对象。不信请看：气压93000百帕，表面温度470 ，巨大的硫酸云笼罩天空，环绕全球的狂风速度达每小时数百千米，比金星自转速度还要快……的确，金星上汇聚了各种极端气候现象，对于模拟试验而言，是个无可置疑的数据宝库。“用于地球，各种地球气候模型得出的模拟结果都差不多，但用于金星，结果却有了出入，这表明某些模型存在缺陷。”弗朗索瓦•佛杰解释道。一些在地球上可能被其他复杂气候现象掩盖而不甚明显的效应，在金星上将会显露无余，人们便可了解是何种微小原因导致了如大气分层这般影响深远的后果。