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        外星落日的別樣浪漫

        2015-09-10 07:22:44于巧峰
        飛碟探索 2015年10期
        關(guān)鍵詞:外行星大氣層日落

        于巧峰

        提到外星球,現(xiàn)實幾乎可以媲美科幻小說了。以開普勒-16b 來說,這是一顆土星大小的行星,距離地球大約200光年,圍繞兩顆恒星(而不是一顆)運轉(zhuǎn)。它有一個綽號——塔圖因,也就是小說中盧克和安納金·天行者那個虛構(gòu)的家園。在這里,每天都能看到兩次日落,同樣讓人震撼。

        每天傍晚,兩個在天空中永遠(yuǎn)相距不遠(yuǎn)的太陽相繼在耀眼的光輝中落入地平線。盡管想象兩顆朦朧的紅色恒星降至地平線以下并非難事,但天文學(xué)家仍然無法確定這些恒星是否確實是紅色的。在系外行星上,“一些落日實際上和地球上的不完全相同”。巴黎天體物理學(xué)研究所的天文學(xué)家保羅·安東尼·威爾遜表示:“它們的顏色會非常不同。”

        當(dāng)然,天文學(xué)家無法親見這些落日——大多數(shù)時候甚至不能直接看到這些行星。他們會等待一個時刻:當(dāng)恒星微微變暗,行星“凌越”或者直接從恒星前面經(jīng)過并遮擋住恒星的小部分光線時,借機(jī)觀察這些行星。但并不是所有撞到行星圓盤的光線都會被阻擋, 實際上,一些光線會穿過行星最高層的大氣層?!拔覀兪占┩复髿鈱拥墓饩€,并將其解析成不同的顏色?!?威爾遜說,“我們注意到,當(dāng)我們看這些系外行星的大氣層時,會發(fā)現(xiàn)一些顏色缺失了?!?/p>

        這些缺失的顏色都有對應(yīng)的化學(xué)物質(zhì),從我們熟悉的水蒸氣到比較陌生的氣態(tài)金屬——這些物質(zhì)大量存在于系外行星的上層大氣中。這些化學(xué)物質(zhì)可以吸收恒星特定顏色或波長的光。因此,在這個對天文學(xué)來說很常見的反直覺聯(lián)系中,任何缺失的星光都代表行星大氣層中存在某種化學(xué)物質(zhì),而可見的星光則代表行星大氣層中缺乏某種化學(xué)物質(zhì)。

        它給我們最明顯的暗示是我們能夠據(jù)此檢測到特定的分子,如氧氣,這可以表明一個行星是適合居住的——甚至可能已經(jīng)有人居住了。不過,我們發(fā)現(xiàn)的第一顆凌越恒星的系外行星HD 209458b肯定不是這樣的情況。它是一顆氣態(tài)行星,質(zhì)量約與木星相當(dāng),軌道半徑只有水星的1/8,所以熾熱難當(dāng)。

        這顆行星發(fā)現(xiàn)于1999年,在之后不到一年的時間里,天文學(xué)家用哈勃空間望遠(yuǎn)鏡多次觀察它,希望發(fā)現(xiàn)透過其外層大氣的光線。果然,除了一部分特定的可以被鈉吸收的波長之外,星光仍然可以被看到。每當(dāng)行星凌越其恒星時,這些橙色色調(diào)都明顯減少,在恒星的光譜里形成譜線。為什么會這樣呢?可能是因為行星的大氣層中存在大量的鈉原子,鈉原子吸收了特定波長的星光所致。

        12年來,光譜中缺失的譜線使得行星的大氣層非常引人注目。之后,埃克塞特大學(xué)的行星科學(xué)家弗雷德里克·彭特使這顆行星的大氣層更直觀地為更多世人所知。他利用建模來展示在富含鈉的天空中日落會是什么樣的景象——那看起來真的很不一樣。

        高懸在這顆星球天空中的星星看起來是白色的,就像我們正午的太陽一樣。但是當(dāng)它開始下沉?xí)r,陽光穿透的大氣越來越多,鈉吸收的紅色光和橙色光也越來越多,但恒星中的藍(lán)色光和綠色光會被放行。藍(lán)色波長散射得更多(像它們在地球上一樣),因此恒星最初看上去是藍(lán)色的。而當(dāng)它開始下降時,藍(lán)色光散射得如此厲害,以至于分散開去(這也和在地球上一樣),恒星就會變成明亮的綠色。

        因此 ,如果我們在HD 209458b上看日落的話,恒星在墜入地平線之前會由藍(lán)色變?yōu)榫G色。不過,由于這顆行星是氣態(tài)的,根本沒有地面可供人們站在上面觀看日落,在彭特的日落模型中,觀察者是位于其外層大氣層中的空間站里。

        當(dāng)天文學(xué)家觀察另一顆熾熱的“木星”HD 189733b凌越恒星時,他們期望看到類似于HD 209458b的結(jié)果,即失蹤的譜線會對應(yīng)行星大氣層中的化學(xué)物質(zhì)。所以當(dāng)HD 189733b沒有顯示出任何譜線缺失時,他們非常驚訝。難道是大氣層中沒有什么物質(zhì)多到足以吸收掉特定顏色的光?還是因為只有一個厚厚的、高海拔的云層均衡地吸收并散射所有顏色的光?天文學(xué)家認(rèn)為是后者。

        因此, 在行星HD 189733b上沒有單一的元素吸收特定顏色的光。日落時,硅酸鹽塵埃會散射掉藍(lán)色光,只留下一顆紅星落于HD 189733b朦朧的地行星HD 209458b上的落日行星HD 189733b上的日落與地球上的場景極為相似平線下,與地球上的日落場景非常類似。

        即使是在地球上,日落也可能會讓你大吃一驚。如果你有機(jī)會在一個清晰的角度觀察遠(yuǎn)處地平線上的日落,那就密切關(guān)注一下太陽的圓盤慢慢下沉。在太陽的上邊緣消失在地平線上、夜晚來臨之前的一瞬間,可能會迅速地閃現(xiàn)出一抹生動的綠色。要看到這種景象,你需要清楚地看到遠(yuǎn)處的地平線, 不能有陰霾, 并且還要有極大的耐心和極好的運氣。

        出現(xiàn)綠色閃光的原因有兩個。第一,光線進(jìn)入一個新的媒介時會發(fā)生折射,而藍(lán)光比紅光折射得更為嚴(yán)重,因此落日的底部邊緣是紅色的,而頂部是藍(lán)色的。所以感官上紅色太陽先于藍(lán)色太陽落下。第二,因為藍(lán)色光線很容易分散在我們的大氣層中,因此你看到的最后的光不是藍(lán)色的而是綠色——與行星HD 209458b的情景相似。

        所以, 如果條件許可的話,地球上的日落也會和系外行星上的一樣奇特。

        行星HD 209458b上的落日

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