本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
天氣啊；既是喜悅，又是痛苦，既能造就美好的一天，也能帶來悲慘的夜晚。我們的行星環境不斷地洗牌熱力學卡片，而區域性條件則反映了大氣成分由此產生的升騰、傾瀉、蒸騰、流動和蜿蜒的一小部分。所有有大氣層的行星都經歷著這個基本過程。然而，天氣現象最壯觀的地方是巨大的行星世界。在這些行星中，熱木星系外行星在狂野和瘋狂的天氣活動方面保持著目前的記錄，從極端的高溫和低溫，讓您從寒冷到鐵熔化，橫跨夜晚到白天，以及由恆星熱能輸入驅動的可能超音速的氣流，吹向這些緊密環繞的行星世界。
儘管我們太陽系中的巨行星所處的位置輻射強度遠不及熱木星，但它們在天氣方面也毫不遜色。木星大約每 10 小時自轉一次，擁有眾多的緯向急流——大約有十幾個。它還擁有一個老朋友——大紅斑。儘管在過去 10 年中有所縮小，但它仍然是一座巨大的冷雲塔，可以容納 2-3 個地球在其漩渦之中。至少 300 年來，它一直從木星南半球凝視著宇宙。海王星，甚至平淡的天王星，也蘊藏著黑暗的漩渦和可能是甲烷冷凝物的淡雲。土星也是大氣活動的蜂巢。事實上，最近卡西尼號的觀測報告了土星上最令人震驚的天氣事件之一。
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去年 12 月是土星上的春天。在其原本平淡的北半球中部，一個白點開始像不幸的膿腫一樣爆發。這個風暴系統不斷擴大，跨越了地球的直徑，在大氣中留下了一條非凡的軌跡，最終在幾個月後幾乎環繞了整個星球。最近，《自然》雜誌報道了Sanchez-Lavega 等人和Fischer 等人對這一驚人活動的觀測，以及彼得·裡德撰寫的精彩評論。在過去的 130 年中，土星上記錄了五次類似的事件，當然，這是第一次有旗艦行星任務方便地在軌道上記錄活動。這個大白斑事件似乎由一系列巨大的雷暴組成，伴隨著上升的大氣流和驚人的閃電頻率——每秒多達十次巨大的放電，跨越數千公里，強度是地球上所見閃電的 10,000 倍。
就像地球上的雷暴一樣，土星上的雷暴也涉及大規模的上升氣流，可能由潮溼（水）的大氣層驅動。與地球上不同的是，這些上升氣流似乎上升到比更深層的大氣層高出 250 公里的高度。我們看到的白色是什麼顏色？是新鮮的氨冰顆粒，從下面較溫暖的環境中噴射出來，並在羽流中漂浮時明亮地反射陽光。究竟是什麼觸發了這一事件尚不清楚，但它清楚地提醒我們，在我們可憐的 400 年望遠鏡天文學歷史中，我們可能只看到了我們鄰近行星在動態變化方面所能提供的冰山一角。
在更遙遠的地方，探測系外行星上類似這樣的天氣模式仍處於起步階段。透過利用行星凌星和次食（後者是指當恆星遮蔽一顆適當對齊的行星時）的開啟/關閉性質，可以對氣態巨行星大氣層的有效溫度進行初步觀測。在少數情況下，資料具有足夠的保真度，可以估計大氣溫度分佈的紋理，例如測量HD 189733 b上的“熱點”和HD 80606 b上不斷變化的模式。更處於萌芽階段的是使用凌星行星的大氣透射光譜。如果這讓您感到困惑，讓我解釋一下。所有行星，無論是岩石行星還是氣態行星，在一定的半徑範圍內都是 100% 不透明的。對於類地行星，這種不透明性僅僅是由於地球的固體岩石及其海洋層造成的。但在地表之上，我們稀薄的大氣層外殼在許多光波長下是透明的。同樣，氣態巨行星在較薄的外層大氣層中是不透明的，有時會一直不透明到氣體變得足夠稀薄以允許一些光子透過，或者直到我們到達任何雲層之上——冷凝物質，如水蒸氣或其他奇異物質，如氧化鈦，它們可以阻擋光線。
當行星凌星時——由於偶然的幾何對齊而從我們和其母恆星之間經過——任何外部透明大氣層都會過濾穿過它的星光。透過仔細提取行星凌星期間這種光的光譜，我們可以嗅探大氣中原子和分子的跡象——成分的指紋。透過這種方式，我們已經在幾個巨型系外行星的上層區域發現了甲烷和水等分子。但是，當其中一顆行星變得格外多雲時，會發生什麼呢？也許像土星上的風暴系統一樣，將大量的阻光液滴或晶體高高地拋入大氣層？首先，行星的整體大小，即它阻擋的光線的總量，將在許多光波長範圍內顯得增加。但我們也可以利用原本透明的大氣層中特定波長的光阻擋來提取更多細節。結合行星大氣層的理論模型，我們可以開始詢問有關這些雲的高度及其總體分佈的問題。
這種研究還處於起步階段，它需要大量非常高質量的資料和精心的處理。儘管如此，可能性還是非常有趣的。可以監測短週期軌道上的行星在每次凌星期間的情況，並且不斷變化的天氣模式將開始顯現自身——既透過變化的大氣透明度，也透過空間分辨的溫度圖。相同的基本工具可以應用於氣態巨行星，最終也可以應用於類地行星。觀察系外行星的變化就像診斷髮動機的工作原理——如果您只有一個快照，那幾乎是不可能的，但如果您可以觀察它的執行，那就容易得多。
所有這些都讓我想到了一種令人內疚的放肆猜測。多年來，關於宇宙文明（如果存在）可能如何選擇宣佈其存在或嘗試跨越虛空進行真正交流，出現了各種各樣的想法。一些討論考慮了“路標”的作用，包括在太空中建造一個獨特的幾何結構——一個巨大的遮陽板，對於任何監測星系的恆星的人來說，它都會呈現出一種奇特的非自然凌星特徵。這是一個絕妙的主意，但這有點像一次性交易，“哦，外星人，然後呢？”。所以這裡有一個新的轉折。假設我們想利用同樣的基本思想（其他人看到的我們太陽的凌星），但也想傳送一條真正的訊息。為什麼不利用我們自己的行星呢？在不深入探討實用性的繁瑣細節的情況下，似乎有可能在我們自己的行星大氣層中編碼一條訊息，這條訊息利用了雲凝結物在系外行星大氣層中產生的相同型別的阻光特徵。當然，透過推論，人們可以推測，一些聰明的外星人可能會做同樣的事情，而我們可以尋找這個。
它是如何工作的？想象一個老式的音樂盒。這些音樂盒通常使用一個帶有突出銷釘的金屬圓筒。當圓筒旋轉經過一組音鍵或音叉時，銷釘會撥動小調的音符。這樣做的好處是，開始或停止的位置實際上並不重要，圓筒只需繼續旋轉，音符就會繼續演奏。
現在轉到行星尺度。也許人工設計的、大規模的天氣系統可以將不透明的凝結物高高地拋射到一系列緯度和經度上，就像音樂盒圓筒中的銷釘一樣。自然的行星自轉將這些音符帶入並帶出視線——也許在單個凌星期間只看到一個音符，但排序後顯然是人為的、結構化的和非隨機的。每次新的凌星都會帶來新的訊號——但最終會重複，一個大的“我們在這裡，你們的天氣怎麼樣？”。或者，也許不是雲，而是巨大的大氣飛艇陣列，兼作太陽能電池板的載體，因此必然分佈在經度上。糟糕的眼中釘，但多麼偉大的事業啊，向宇宙傳遞資訊。
顯然，這有點異想天開*，但它確實提出了一個重要的問題。隨著我們越來越擅長從系外行星（尤其是那些更像地球的行星）中提取資料，我們是否至少應該注意技術居民有意或無意留下的跡象？好奇的模式和重複的結構可能不僅僅代表另一個暴風雨季節，它們可能是跨越星際山谷的煙霧訊號，這並非不可思議。
（*您可能認為或不認為這是一個輕描淡寫）