空气之海漫游指南

地球之诗：雨 “你知道，我为矮个子感到难过。下雨的时候，他们是*晚知道的。” ——罗德尼·丹杰菲尔德 一朵云就是一个星系，由微小水滴组成。它们无视重力，悬浮于空气中，就像糖浆中的气泡。在大多数云里头，大量失重的水滴都稳稳呆着，但如果云很大，并有其他力量作用于液滴——举例来说，热对流产生的上升和下降气流，或云在山间上上下下，那么一些液滴会发生碰撞，合并成更大的水滴。如果继续合并，*终它们会变大到开始被重力往下拉拽，一路收集更多的水滴，直到变成雨滴。当云里面的水蒸气，也会开始下降，但如果云底部的温度高于冰点，它们就会融化成雨。 如果我们跟着一颗从云层高度往下落的雨滴，那必须继续加快步伐，因为它一边落一边加速，达到一个限度。如果是在真空中，雨滴的加速将一直持续下去，但在空气中的话，空气阻力会减缓它的下落。当重力和空气阻力相互平衡时，水滴停止加速，并达到*终速度。当然，雨滴的大小和重量决定了这个速度能有多大：越重，则越快。并不是说雨违背了伽利略的定律——大型物体和小型物体具有完全相同的加速度——只是就其大小与质量之比而言，小雨滴遇到的空气阻力更大。这和羽毛比卵石下落慢的原因是一样的。直径小于0.5毫米（盐粒大小）的毛毛雨，其*终速度为每小时4.5英里，而直径约为5毫米（家蝇大小）的大雨滴*终速度为每小时20英里。作为对比的话，可以来看看一个下落的人，会以每小时125英里的*终速度冲向地面。 雨滴的形状不像泪滴。*小的像构成毛毛雨或苏格兰雾的那些雨滴，几乎是完美球形。当它们变得更大，达到5毫米范围，底部将由于空气阻力而变平，呈现出一种像圆面包一样的轮廓。超过5毫米的雨滴在它们的圆面包底部形成了一个凹坑，看上去越来越像蘑菇伞或肥大的降落伞。9毫米是雨滴的尺寸上限。如果大于这个值，就会分裂成更小的液滴，因为在较高的*终速度下，空气阻力与速度平方成正比。 另一个影响下降速度的因素是大气的密度。即便重力更低，火星上的雨滴也会比地球上的雨滴下落得快，因为火星上几乎没有空气阻力。在过去的几千年里，我们星球的大气密度可能发生过变化，但直到*近我们才找到办法测量这些变化，在南非普里斯卡附近的一个农场里发现了雨滴印记的化石。火山喷发出来的一层新火山灰变成了岩石，保留下这些痕迹。通过对岩石做年代鉴定，这场过境阵雨被证明是发生在27亿年前。分析这些微小陨石坑的科学家们意识到，它们不仅仅是一个时间胶囊，更是大氧气事件期间大气厚度的快照。他们估计，这些古代雨滴的直径为3.8到5.3毫米之间，考虑到溅出来的半径，大气密度与今天相比没有多大不同。所以吹在时间旅行者脸上的风和今天地球上的任何风在感觉上都一样。