你也許也有過(guò)這樣的經(jīng)歷：清晨出門時(shí)天空陰沉沉的，到了中午卻云開(kāi)霧散、陽(yáng)光燦爛。現(xiàn)在，科學(xué)家在一顆距離我們將近700光年的行星上，也觀察到了類似的現(xiàn)象——只不過(guò)，那里的“天氣”每天都被鎖定在同一個(gè)模式里：清晨永遠(yuǎn)多云，傍晚永遠(yuǎn)晴朗。

過(guò)去二十年里，研究系外行星的天文學(xué)家一直像隔著一扇起霧的窗戶往外看。他們遇到的一個(gè)大麻煩，就是許多“熱木星”時(shí)時(shí)刻刻都被濃密的云層包裹著。所謂熱木星，指的是一類巨大的氣態(tài)行星，它們的質(zhì)量跟木星差不多，但運(yùn)行軌道離自己的恒星極近。這些行星籠罩在厚厚的大氣云層之下，就像一層致密的磨砂玻璃，讓望遠(yuǎn)鏡很難看清它們大氣里的真實(shí)化學(xué)成分。對(duì)于一門想搞清楚“外面那些世界究竟是什么模樣”的學(xué)科來(lái)說(shuō)，這確實(shí)是一件挺讓人撓頭的事。

不過(guò)，最近這個(gè)局面正在被打破。借助詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)家用一種新穎的觀測(cè)方法，終于撥開(kāi)了籠罩在熱木星上的那層迷霧。這項(xiàng)技術(shù)發(fā)表在《科學(xué)》雜志上，研究對(duì)象是一顆名叫WASP-94A b的系外行星。這顆行星大約是在十年前被發(fā)現(xiàn)的，距離地球?qū)⒔?00光年。研究團(tuán)隊(duì)這次的想法很巧妙：他們不再把行星當(dāng)作一個(gè)整體來(lái)看，而是趁它從恒星前方經(jīng)過(guò)的時(shí)候，分別捕捉它剛剛開(kāi)始進(jìn)入恒星圓面的一側(cè)——也就是我們看到的清晨一側(cè)——和即將離開(kāi)恒星圓面的一側(cè)，也就是傍晚一側(cè)，然后對(duì)這兩側(cè)的大氣信號(hào)進(jìn)行單獨(dú)分析。這樣一來(lái)，他們就能檢測(cè)出云層的影響，并想辦法把它從數(shù)據(jù)中剔除掉。

這項(xiàng)研究的共同作者、約翰斯·霍普金斯大學(xué)的行星科學(xué)家David Sing是這樣形容的：“這幾乎就像是，我們?cè)O(shè)法撥開(kāi)了云層，去弄清楚這顆行星在三維空間里到底在發(fā)生些什么。”

要理解他們?yōu)槭裁茨茏龅竭@一點(diǎn)，我們得先看看WASP-94A b這顆行星身上一個(gè)極端的特點(diǎn)。由于它的軌道離恒星實(shí)在太近，這顆行星早已被“潮汐鎖定”。也就是說(shuō)，它圍繞恒星公轉(zhuǎn)的同時(shí)，自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期變得完全一致，結(jié)果就是永遠(yuǎn)以同一面朝向自己的恒星——就像月亮總是以同一面對(duì)著地球那樣。這種現(xiàn)象在熱木星中不算罕見(jiàn)，但它帶來(lái)的后果卻非常劇烈：WASP-94A b的“永晝面”一直被恒星炙烤，溫度飆升到超過(guò)1600 K，而“永夜面”的溫度則要低大約450 K。對(duì)于一顆行星來(lái)說(shuō)，這樣的溫差足以驅(qū)動(dòng)非?？癖┑拇髿饣顒?dòng)。

在永夜面相對(duì)“涼爽”一些的環(huán)境里，一種在地球巖石中常見(jiàn)的礦物——硅酸鎂，得以凝結(jié)成云。這類云層不斷被行星上的強(qiáng)風(fēng)吹拂，從寒冷的夜面被推著向酷熱的晝面移動(dòng)。不過(guò)，這些云一旦進(jìn)入晝面那片灼熱的天空，就像晨霧在太陽(yáng)升起后迅速消散一樣，很快就會(huì)蒸發(fā)殆盡。因?yàn)檎w行星的旋轉(zhuǎn)被鎖死，它的風(fēng)向和天氣模式也隨之固定下來(lái)：在行星的“清晨”邊緣——也就是空氣從夜面向晝面運(yùn)送、從地球視角看過(guò)去正好是行星開(kāi)始經(jīng)過(guò)恒星前方的那一側(cè)——云層持續(xù)堆積，永遠(yuǎn)灰蒙蒙的；而在“傍晚”邊緣，也就是行星即將從恒星邊緣移出的那一側(cè)，天空則始終晴朗無(wú)云。

理解這種奇特的天氣分布，正是此次觀測(cè)取得成功的關(guān)鍵。對(duì)研究人員來(lái)說(shuō)，重要的不是往哪兒看，而是什么時(shí)候看。從我們的觀測(cè)視角來(lái)看，WASP-94A b剛好會(huì)從它的母星正前方凌越而過(guò)。研究團(tuán)隊(duì)抓住了這個(gè)短暫的時(shí)間窗口，精確測(cè)量了這顆巨大行星剛剛開(kāi)始進(jìn)入恒星圓面的時(shí)刻，以及它即將完全移出恒星圓面的時(shí)刻。在這兩個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻，來(lái)自恒星的光會(huì)穿過(guò)行星大氣層，攜帶上大氣的光譜特征。天文學(xué)家對(duì)行星的前導(dǎo)邊緣和尾隨邊緣——專業(yè)術(shù)語(yǔ)叫“明暗界線”或者“臨邊”——分別進(jìn)行了獨(dú)立的光譜測(cè)量。通過(guò)分析這兩個(gè)區(qū)域光譜信號(hào)的不同，他們既能識(shí)別出清晨一側(cè)云層對(duì)光的遮擋和散射效應(yīng)，又能對(duì)比看到傍晚一側(cè)比較透徹的大氣在化學(xué)構(gòu)成上透露出的信息。

說(shuō)到這兒，你可能好奇為什么這件事很重要。道理其實(shí)挺直接：對(duì)于天文學(xué)家來(lái)說(shuō)，搞清楚一顆行星上有沒(méi)有云、云是怎么分布的，直接影響我們對(duì)它大氣成分的判斷。假如一顆行星整個(gè)兒都是陰沉沉的，星光就很難穿透到大氣深處，我們能讀到的化學(xué)信息就會(huì)非常有限，就像只看到一層糊糊的表面。而如果能找到像WASP-94A b這樣一半多云、一半晴朗的天然實(shí)驗(yàn)室，研究人員就可以對(duì)比著看：有云的一側(cè)告訴我們大氣里有哪些東西容易凝結(jié)成顆粒，晴朗的一側(cè)則告訴我們大氣深處還有哪些隱藏的成分。在這個(gè)基礎(chǔ)上建立起來(lái)的大氣模型，會(huì)比原來(lái)籠統(tǒng)的、被云層遮住的那種理解要可靠得多。

而且，這種分別觀測(cè)行星清晨和傍晚兩側(cè)的方法，在以往是很難做到的。詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡提供了前所未有的高精度光譜數(shù)據(jù)，這讓科學(xué)家有機(jī)會(huì)去解剖一顆遙遠(yuǎn)行星大氣內(nèi)的三維結(jié)構(gòu)，而不是僅僅把它看作一個(gè)平均化的點(diǎn)?，F(xiàn)在，我們知道的還不止是“那里有云”，而是“云只出現(xiàn)在早晨這一側(cè)，到了傍晚就消散了”。對(duì)于一門總是在跟微弱光線和遙遠(yuǎn)距離打交道的學(xué)科來(lái)說(shuō)，這算得上是一個(gè)相當(dāng)精細(xì)的診斷。

當(dāng)然，現(xiàn)有的發(fā)現(xiàn)仍然留下了一些有待解答的問(wèn)題。比如，我們目前看到了硅酸鹽云在晨昏線附近的生成和消散，但這些云的顆粒究竟有多大？它們會(huì)不會(huì)在某些高度上重新凝聚，參與更復(fù)雜的大氣循環(huán)？那些被強(qiáng)風(fēng)從夜面裹挾過(guò)來(lái)的云氣，在蒸發(fā)之后會(huì)不會(huì)留下某種礦物薄霧，對(duì)行星的長(zhǎng)期氣候產(chǎn)生微妙的影響？這些問(wèn)題，靠一次觀測(cè)還回答不了。另外，WASP-94A b本身只是一個(gè)樣本。它的模式——永遠(yuǎn)多云的一側(cè)和永遠(yuǎn)晴朗的一側(cè)——到底在熱木星中有多普遍，還是說(shuō)它只是特殊情況下的個(gè)例，這還需要把同樣的方法應(yīng)用到更多行星上才能驗(yàn)證。

就目前而言，研究團(tuán)隊(duì)提供給我們的，更像是一扇剛剛擦干凈的窗。透過(guò)它，我們看到了在一顆遙遠(yuǎn)星球上，一個(gè)每天都在重復(fù)上演的、類似晨霧消散的天氣儀式。這件事本身并不玄幻，但真正讓人回味的地方也許在于：一個(gè)在我們地球上每天都在發(fā)生的、再平凡不過(guò)的現(xiàn)象——陰轉(zhuǎn)晴——放到幾百光年之外、被恒星潮汐鎖死的氣態(tài)巨行星身上，會(huì)被極端物理?xiàng)l件放大地固定下來(lái)，變成一種永遠(yuǎn)不對(duì)稱的、一邊多云一邊晴朗的陌生景象。這或許就是系外行星研究有意思的地方：它常常用宇宙里的陌生例子，反過(guò)來(lái)提醒我們，地球的氣象到底是什么樣子的。