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身處外星看落日可能會格外的浪漫

外星落日的別樣浪漫

提到外星球,現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,圍繞兩顆恆星(而不是一顆)運轉。它有一個綽號——塔圖因,也就是小說中盧克和安納金·天行者那個虛構的家園。在這裡,每天都能看到兩次日落,同樣讓人震撼。

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每天傍晚,兩個在天空中永遠相距不遠的太陽相繼在耀眼的光輝中落入地平線。儘管想象兩顆朦朧的紅色恆星降至地平線以下並非難事,但天文學家仍然無法確定這些恆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”。巴黎天體物理學研究所的天文學家保羅·安東尼·威爾遜表示:“它們的顏色會非常不同。”

當然,天文學家無法親見這些落日——大多數時候甚至不能直接看到這些行星。他們會等待一個時刻:當恆星微微變暗,行星“凌越”或者直接從恆星前面經過並遮擋住恆星的小部分光線時,藉機觀察這些行星。但並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。“我們收集穿透大氣層的光線,並將其解析成不同的顏色。” 威爾遜說,“我們注意到,當我們看這些系外行星的大氣層時,會發現一些顏色缺失了。”

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這些缺失的顏色都有對應的化學物質,從我們熟悉的水蒸氣到比較陌生的氣態金屬——這些物質大量存在於系外行星的上層大氣中。這些化學物質可以吸收恆星特定顏色或波長的光。因此,在這個對天文學來說很常見的反直覺聯絡中,任何缺失的星光都代錶行星大氣層中存在某種化學物質,而可見的星光則代錶行星大氣層中缺乏某種化學物質。

它給我們最明顯的暗示是我們能夠據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——甚至可能已經有人居住了。不過,我們發現的第一顆凌越恆星的系外行星HD 209458b肯定不是這樣的情況。它是一顆氣態行星,質量約與木星相當,軌道半徑只有水星的1/8,所以熾熱難當。

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這顆行星發現於1999年,在之後不到一年的時間裡,天文學家用哈勃空間望遠鏡多次觀察它,希望發現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。每當行星凌越其恆星時,這些橙色色調都明顯減少,在恆星的光譜裡形成譜線。為什麼會這樣呢?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。

若幹年來,光譜中缺失的譜線使得行星的大氣層非常引人注目。之後,埃克塞特大學的行星科學家弗雷德裡克·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麼樣的景象——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。但是當它開始下沉時,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,但恆星中的藍色光和綠色光會被放行。藍色波長散射得更多(像它們在地球上一樣),因此恆星最初看上去是藍色的。而當它開始下降時,藍色光散射得如此厲害,以至於分散開去(這也和在地球上一樣),恆星就會變成明亮的綠色。

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因此 ,如果我們在HD 209458b上看日落的話,恆星在墜入地平線之前會由藍色變為綠色。不過,由於這顆行星是氣態的,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,觀察者是位於其外層大氣層中的空間站裡。

當天文學家觀察另一顆熾熱的“木星”HD 189733b凌越恆星時,他們期望看到類似於HD 209458b的結果,即失蹤的譜線會對應行星大氣層中的化學物質。所以當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麼物質多到足以吸收掉特定顏色的光?還是因為只有一個厚厚的、高海拔的雲層均衡地吸收並散射所有顏色的光?天文學家認為是後者。

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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,矽酸鹽塵埃會散射掉藍色光,只留下一顆紅星落於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。如果你有機會在一個清晰的角度觀察遠處地平線上的日落,那就密切關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,可能會迅速地閃現出一抹生動的綠色。要看到這種景象,你需要清楚地看到遠處的地平線, 不能有陰霾, 並且還要有極大的耐心和極好的運氣。

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

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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。

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