外星日落会是怎样的天文奇观

伤我心太深

提到外星球，现实几乎可以媲美科幻小说了。以开普勒-16b来说，这是一颗土星大小的行星，距离地球大约200光年，围绕两颗恒星（而不是一颗）运转。它有一个绰号——塔图因，也就是小说中卢克和安纳金·天行者那个虚构的家园。在这里，每天都能看到两次日落，同样让人震撼。




开普勒-16b所在的双恒星系统


每天傍晚，两个在天空中永远相距不远的太阳相继在耀眼的光辉中落入地平线。尽管想象两颗朦胧的红色恒星降至地平线以下并非难事，但天文学家仍然无法确定这些恒星是否确实是红色的。在系外行星上，“一些落日实际上和地球上的不完全相同”。巴黎天体物理学研究所的天文学家保罗·安东尼·威尔逊表示：“它们的颜色会非常不同。”



当然，天文学家无法亲见这些落日——大多数时候甚至不能直接看到这些行星。他们会等待一个时刻：当恒星微微变暗，行星“凌越”或者直接从恒星前面经过并遮挡住恒星的小部分光线时，借机观察这些行星。但并不是所有撞到行星圆盘的光线都会被阻挡，实际上，一些光线会穿过行星最高层的大气层。“我们收集穿透大气层的光线，并将其解析成不同的颜色。”威尔逊说，“我们注意到，当我们看这些系外行星的大气层时，会发现一些颜色缺失了。”



双星日落


这些缺失的颜色都有对应的化学物质，从我们熟悉的水蒸气到比较陌生的气态金属——这些物质大量存在于系外行星的上层大气中。这些化学物质可以吸收恒星特定颜色或波长的光。因此，在这个对天文学来说很常见的反直觉联系中，任何缺失的星光都代表行星大气层中存在某种化学物质，而可见的星光则代表行星大气层中缺乏某种化学物质。
它给我们最明显的暗示是我们能够据此检测到特定的分子，如氧气，这可以表明一个行星是适合居住的——甚至可能已经有人居住了。不过，我们发现的第一颗凌越恒星的系外行星HD 209458b肯定不是这样的情况。它是一颗气态行星，质量约与木星相当，轨道半径只有水星的1/8，所以炽热难当。


这颗行星发现于1999年，在之后不到一年的时间里，天文学家用哈勃空间望远镜多次观察它，希望发现透过其外层大气的光线。果然，除了一部分特定的可以被钠吸收的波长之外，星光仍然可以被看到。每当行星凌越其恒星时，这些橙色色调都明显减少，在恒星的光谱里形成谱线。为什么会这样呢？可能是因为行星的大气层中存在大量的钠原子，钠原子吸收了特定波长的星光所致。


12年来，光谱中缺失的谱线使得行星的大气层非常引人注目。之后，埃克塞特大学的行星科学家弗雷德里克·彭特使这颗行星的大气层更直观地为更多世人所知。他利用建模来展示在富含钠的天空中日落会是什么样的景象——那看起来真的很不一样。
高悬在这颗星球天空中的星星看起来是白色的，就像我们正午的太阳一样。但是当它开始下沉时，阳光穿透的大气越来越多，钠吸收的红色光和橙色光也越来越多，但恒星中的蓝色光和绿色光会被放行。蓝色波长散射得更多（像它们在地球上一样），因此恒星最初看上去是蓝色的。而当它开始下降时，蓝色光散射得如此厉害，以至于分散开去（这也和在地球上一样），恒星就会变成明亮的绿色。



行星HD 209458b上的落日



因此，如果我们在HD 209458b上看日落的话，恒星在坠入地平线之前会由蓝色变为绿色。不过，由于这颗行星是气态的，根本没有地面可供人们站在上面观看日落，在彭特的日落模型中，观察者是位于其外层大气层中的空间站里。
当天文学家观察另一颗炽热的“木星”HD 189733b凌越恒星时，他们期望看到类似于HD 209458b的结果，即失踪的谱线会对应行星大气层中的化学物质。所以当HD 189733b没有显示出任何谱线缺失时，他们非常惊讶。难道是大气层中没有什么物质多到足以吸收掉特定颜色的光？还是因为只有一个厚厚的、高海拔的云层均衡地吸收并散射所有颜色的光？天文学家认为是后者。


因此，在行星HD 189733b上没有单一的元素吸收特定颜色的光。日落时，硅酸盐尘埃会散射掉蓝色光，只留下一颗红星落于HD 189733b朦胧的地平线下，与地球上的日落场景非常类似。
即使是在地球上，日落也可能会让你大吃一惊。如果你有机会在一个清晰的角度观察远处地平线上的日落，那就密切关注一下太阳的圆盘慢慢下沉。在太阳的上边缘消失在地平线上、夜晚来临之前的一瞬间，可能会迅速地闪现出一抹生动的绿色。要看到这种景象，你需要清楚地看到远处的地平线，不能有阴霾，并且还要有极大的耐心和极好的运气。
出现绿色闪光的原因有两个。第一，光线进入一个新的媒介时会发生折射，而蓝光比红光折射得更为严重，因此落日的底部边缘是红色的，而顶部是蓝色的。所以感官上红色太阳先于蓝色太阳落下。第二，因为蓝色光线很容易分散在我们的大气层中，因此你看到的最后的光不是蓝色的而是绿色——与行星HD 209458b的情景相似。
所以，如果条件许可的话，地球上的日落也会和系外行星上的一样奇特。