天文学家们第一次成功地确定了一颗远方行星的天空颜色：蔚蓝的白昼，绯红的傍晚……竟与我们地球上的景观出奇地相似！

编译：陈心夷

　　想象一下孟买的日落吧：白日的主宰渐渐沉入海中，而另一边的天空还很明亮。空气中弥漫着从机动小三轮噼啪作响的马达里散发出的青烟，使天空变得昏暗而发红……如果你能在系外行星HD 189733b上观赏其黄昏的话，那里的天空大约就是这个光景。然而，你可能无法忍受其表面接近1000℃的炙热！HD 189733b围绕着一颗距太阳系60光年的恒星运转。如同290个已知太阳系外行星中的绝大多数，HD 189733b也是一颗巨型气体行星，它在距其恒星500万公里的轨道上运行(要比地球到太阳的距离近30倍)……也就是说，不可能有生物存在于HD 189733b上目睹这样的“日”落景观。不过，法国和瑞士的天文学家们却完成了一项壮举：他们首次成功“目睹”了这颗系外行星上的“日”落。他们惊奇地发现，那里的天空竟与地球相似：蔚蓝的白昼，绯红的傍晚。这些科学家是如何做到的呢？要知道，目前还没有任何仪器有实力拍摄到行星HD 189733b或者其他类似行星的画面。

理想的仪器：哈勃空间望远镜

　　秘密说穿了很简单，科学家们在该行星的大气中探测到了使地球天空呈蓝色的物理现象：恒星光线遇到大气微粒产生了散射。这一成就使原本遥不可及的系外行星略微真切了一点。

　　应该说HD 189733b是百里挑一的研究对象：它与欧西里斯星(Osiris，正式名称为HD 209458b)是已知的仅有两颗可供进行大气研究的系外行星。这不仅是因为它们离太阳系较近，更主要的是它们都是“凌日”行星”(transit planet)。明白点说就是：它们会定期从主星前方经过。这样一来，就会产生掩食，而通过掩食的频率便可测知行星的公转周期：HD 189733b是2.2个地球日，欧西里斯星是3.5个地球日。掩食虽然也是“食”，但与我们在地球上所能看到的月亮将整个太阳遮住的日全食完全不同。当HD 189733b在其主星前经过时，该恒星的亮度仅仅减弱1.5%。这一变化可以说微乎其微，但足以被测量到，并提供大量的信息。

　　“当欧西里斯星在1999年被发现时，我们立刻就意识到探测其大气成分的可能性，”巴黎天体物理学院系外行星专家阿兰·勒卡弗利埃·德泽当(Alain Lecavelier des Etangs)解释道，“因为当行星在其主星前通过时，该主星的一部分光线会被行星的大气所吸收，这就可以让我们了解其大气的组成。”这一效应难以察觉，天文学家们面对的是1%左右的差异。因此，用小型望远镜是无济于事的，只有像哈勃空间望远镜这样的大型天文望远镜才是理想的工具。正是通过哈勃空间望远镜，研究人员首先在2002年探测到了欧西里斯星大气中的钠；之后，阿尔弗莱德·维达-马加(Alfred Vidal-Majdar)和阿兰·勒卡弗利埃·德泽当的团队于2003年指出欧西里斯星的大气中含有氢。由于欧西里斯星距主星很近(仅有400万公里)，氢受热蒸发。

瑞利散射

　　但自2005年以来，HD 189733b取代了欧西里斯星的明星地位。因为它的恒星离我们更近(60光年，而欧西里斯星的主星离我们有150光年)，同时也更小，HD 189733b的掩食会使它的亮度减弱2.5%，达到了一个前所未有的纪录。这样一来，观测到的信号将更强，也就意味着可能获得更精确的测量结果。天文学家们当然不放过这一绝佳对象。几个月前，由瑞士天文学家弗雷德里克·蓬领导的研究小组借助哈勃空间望远镜，用介于550～1050纳米之间的波长(可见光和近红外线)对HD 189733b的三次掩食进行了总计18个小时的望远镜观测。通过在不同波长对其主星亮度的变化进行测量，弗雷德里克·蓬绘制出HD 189733b的大气光谱。他立刻发现，该行星大气吸收的主要是短波光线。换句话说，HD 189733b的天空在其主星升起和落下时呈现的颜色偏红而非偏蓝。因为在掩食发生时，望远镜探测到的正是该行星昼夜交替区域的情形。弗雷德里克·蓬认为这种对短波光线的吸收表明有雾存在，雾的出现导致我们并未如在观察欧西里斯星时那样，从光谱中发现钠的踪迹。

　　这些结果立即引起了阿兰·勒卡弗利埃·德泽当的好奇，促使他对光谱进行更深入的研究：“当我看到吸收曲线时，我立刻想到了瑞利散射现象。”这是一个经典的物理现象，当光线遇到直径比它的波长还要小的“散射物”(尘埃、原子、分子……)时便会出现。在地球大气中，阳光中的蓝色光线被氮气和氧气分子所散射，射向天空的各个角落，从而使天空呈现蓝色。不过在HD 189733b上，充当散射物的会是什么呢？目前还难下定论。“假设观测到的吸收是微小颗粒所引起的散射现象，我计算了一下温度，得到结果为1300开(约1000℃)，这完全符合与我们结合该行星吸收和释放热量的情况对其大气温度所作的预测。”阿兰·勒卡弗利埃·德泽当解释道，“如果散射物是硅酸盐矿物尘埃——根据我们对这类行星形成过程的了解，这种尘埃应大量存在——那一切就完全顺理成章了，因为这种尘埃就在高温下凝聚。由此我们可以得出结论，HD 189733b的天空在白天是蓝色的，而在傍晚是红色的。”

　　……