开普勒16-b离地球大约200光年,围绕一对双星运行。天空中有两个相互围绕的太阳,在这个外号“塔图因”的行星上,每天都会有两次日落,如此壮观的美景不难想像,每到傍晚就会依次落入地平线。不过天文学家仍然无法确知行星傍晚的天空究竟是不是红色的。

开普勒 16-b

当然,人们无法亲眼看到这些落日,甚至连这些行星本身也无法直接看到。天文学家靠观测恒星亮度的轻微降低,等待“凌越”,也就是当行星从恒星前方经过时,阻挡微量星光,来发现这些行星。收集的这些穿透大气的光线,并把它分解为不同的色彩,然后会注意到,这些系外行星的大气,会使光谱中的某些色彩缺失。但是行星的圆面无法阻挡它接受到的所有星光,一部分光线会穿透行星大气的最上层。

双星日落

这些缺失的色彩所对应的,是行星上层大气中的化学成分,以及它们的丰富程度。这些化学成分能够吸收特定的色彩,也就是特定波长的星光。这样就能够建立起一种反直觉的联系,这在天文学上是常见的。缺失的星光表示行星大气中存在某种特定的化学成分,而可见的星光则表明那里缺少某种特定化学成分。

HD 209458-b

我们通过凌日法发现系外行星HD 209458-b是个质量和木星差不多的星球,和恒星的距离比水星和太阳的距离还近,是个极其炽热的世界。

天文学家用哈勃太空望远镜来寻找穿透它外层的星光。这些星光仍然能够被看到,但是却缺失了一部分特定的波长,它们是被钠吸收的。每当行星凌越宿主恒星时,我们都能看到这种橙色调。它在恒星光谱中形成了特定的“吸收线”。这是因为这颗行星的大气中可能存在钠,钠原子把特定波长的星光吸收了。

当这个行星的太阳高悬在天空中时,看起来和地球正午时一样是白色的。但是当它开始下沉时,阳光穿透的大气越来越多,钠吸收的红光和橙光也会越来越多,所以太阳会逐渐变成蓝绿色。蓝色的波长散射得更多,因此太阳看起来是蓝色的,而当它接近地平线时,蓝色光散射程度将过大,以致于开始缺失,因此到最后会变成明亮的绿色。在HD 209458-b上,日落前的太阳会逐渐从蓝色向绿色过渡。

天文学家分析另一个热木星HD 189733-b时,情况与HD 209458-b类似,行星大气的化学成分能够造成光谱的缺失。所以当结果出来后他们吃惊不小,HD 189733-b并没有产生任何特征性吸收线。这又是为什么?是行星大气太少,以致于无法吸收特定色彩的光?还是因为它的大气过于浓厚,以致于高海拔云层对所有色彩的吸收和散射程度是平均的?科学家觉得后面一种情况更有可能。所以当我们去到HD 189733-b表面时,不会看见像HD 209458-b一样的特殊色彩吸收现象。蓝色光会被硅酸盐尘埃散射掉,异星朦胧地平线上将出现一个红色的太阳,和地球上的景象很相似。