本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
天气啊；既是喜悦，又是痛苦，既能造就美好的一天，也能带来悲惨的夜晚。我们的行星环境不断地洗牌热力学卡片，而局部条件则反映了大气成分由此产生的升腾、倾泻、蒸腾、流动和蜿蜒的一小部分。所有有大气层的行星都经历着这个基本过程。然而，天气现象最壮观的地方是巨大的行星世界。在这些行星中，热木星系外行星在狂野和疯狂的天气活动方面保持着目前的记录，从极端的高温和低温，让您从寒冷到铁熔化，横跨夜晚到白天，以及由恒星热能输入驱动的可能超音速的气流，吹向这些紧密环绕的行星世界。
尽管我们太阳系中的巨行星所处的位置辐射强度远不及热木星，但它们在天气方面也毫不逊色。木星大约每 10 小时自转一次，拥有众多的纬向急流——大约有十几个。它还拥有一个老朋友——大红斑。尽管在过去 10 年中有所缩小，但它仍然是一座巨大的冷云塔，可以容纳 2-3 个地球在其漩涡之中。至少 300 年来，它一直从木星南半球凝视着宇宙。海王星，甚至平淡的天王星，也蕴藏着黑暗的漩涡和可能是甲烷冷凝物的淡云。土星也是大气活动的蜂巢。事实上，最近卡西尼号的观测报告了土星上最令人震惊的天气事件之一。
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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，一个白点开始像不幸的脓肿一样爆发。这个风暴系统不断扩大，跨越了地球的直径，在大气中留下了一条非凡的轨迹，最终在几个月后几乎环绕了整个星球。最近，《自然》杂志报道了Sanchez-Lavega 等人和Fischer 等人对这一惊人活动的观测，以及彼得·里德撰写的精彩评论。在过去的 130 年中，土星上记录了五次类似的事件，当然，这是第一次有旗舰行星任务方便地在轨道上记录活动。这个大白斑事件似乎由一系列巨大的雷暴组成，伴随着上升的大气流和惊人的闪电频率——每秒多达十次巨大的放电，跨越数千公里，强度是地球上所见闪电的 10,000 倍。
就像地球上的雷暴一样，土星上的雷暴也涉及大规模的上升气流，可能由潮湿（水）的大气层驱动。与地球上不同的是，这些上升气流似乎上升到比更深层的大气层高出 250 公里的高度。我们看到的白色是什么颜色？是新鲜的氨冰颗粒，从下面较温暖的环境中喷射出来，并在羽流中漂浮时明亮地反射阳光。究竟是什么触发了这一事件尚不清楚，但它清楚地提醒我们，在我们可怜的 400 年望远镜天文学历史中，我们可能只看到了我们邻近行星在动态变化方面所能提供的冰山一角。
在更遥远的地方，探测系外行星上类似这样的天气模式仍处于起步阶段。通过利用行星凌星和次食（后者是指当恒星遮蔽一颗适当对齐的行星时）的开启/关闭性质，可以对气态巨行星大气层的有效温度进行初步观测。在少数情况下，数据具有足够的保真度，可以估计大气温度分布的纹理，例如测量HD 189733 b上的“热点”和HD 80606 b上不断变化的模式。更处于萌芽阶段的是使用凌星行星的大气透射光谱。如果这让您感到困惑，让我解释一下。所有行星，无论是岩石行星还是气态行星，在一定的半径范围内都是 100% 不透明的。对于类地行星，这种不透明性仅仅是由于地球的固体岩石及其海洋层造成的。但在地表之上，我们稀薄的大气层外壳在许多光波长下是透明的。同样，气态巨行星在较薄的外层大气层中是不透明的，有时会一直不透明到气体变得足够稀薄以允许一些光子通过，或者直到我们到达任何云层之上——冷凝物质，如水蒸气或其他奇异物质，如氧化钛，它们可以阻挡光线。
当行星凌星时——由于偶然的几何对齐而从我们和其母恒星之间经过——任何外部透明大气层都会过滤穿过它的星光。通过仔细提取行星凌星期间这种光的光谱，我们可以嗅探大气中原子和分子的迹象——成分的指纹。通过这种方式，我们已经在几个巨型系外行星的上层区域发现了甲烷和水等分子。但是，当其中一颗行星变得格外多云时，会发生什么呢？也许像土星上的风暴系统一样，将大量的阻光液滴或晶体高高地抛入大气层？首先，行星的整体大小，即它阻挡的光线的总量，将在许多光波长范围内显得增加。但我们也可以利用原本透明的大气层中特定波长的光阻挡来提取更多细节。结合行星大气层的理论模型，我们可以开始询问有关这些云的高度及其总体分布的问题。
这种研究还处于起步阶段，它需要大量非常高质量的数据和精心的处理。尽管如此，可能性还是非常有趣的。可以监测短周期轨道上的行星在每次凌星期间的情况，并且不断变化的天气模式将开始显现自身——既通过变化的大气透明度，也通过空间分辨的温度图。相同的基本工具可以应用于气态巨行星，最终也可以应用于类地行星。观察系外行星的变化就像诊断发动机的工作原理——如果您只有一个快照，那几乎是不可能的，但如果您可以观察它的运行，那就容易得多。
所有这些都让我想到了一种令人内疚的放肆猜测。多年来，关于宇宙文明（如果存在）可能如何选择宣布其存在或尝试跨越虚空进行真正交流，出现了各种各样的想法。一些讨论考虑了“路标”的作用，包括在太空中建造一个独特的几何结构——一个巨大的遮阳板，对于任何监测星系的恒星的人来说，它都会呈现出一种奇特的非自然凌星特征。这是一个绝妙的主意，但这有点像一次性交易，“哦，外星人，然后呢？”。所以这里有一个新的转折。假设我们想利用同样的基本思想（其他人看到的我们太阳的凌星），但也想发送一条真正的消息。为什么不利用我们自己的行星呢？在不深入探讨实用性的繁琐细节的情况下，似乎有可能在我们自己的行星大气层中编码一条消息，这条消息利用了云凝结物在系外行星大气层中产生的相同类型的阻光特征。当然，通过推论，人们可以推测，一些聪明的外星人可能会做同样的事情，而我们可以寻找这个。
它是如何工作的？想象一个老式的音乐盒。这些音乐盒通常使用一个带有突出销钉的金属圆筒。当圆筒旋转经过一组音键或音叉时，销钉会拨动小调的音符。这样做的好处是，开始或停止的位置实际上并不重要，圆筒只需继续旋转，音符就会继续演奏。
现在转到行星尺度。也许人工设计的、大规模的天气系统可以将不透明的凝结物高高地抛射到一系列纬度和经度上，就像音乐盒圆筒中的销钉一样。自然的行星自转将这些音符带入并带出视线——也许在单个凌星期间只看到一个音符，但排序后显然是人为的、结构化的和非随机的。每次新的凌星都会带来新的信号——但最终会重复，一个大的“我们在这里，你们的天气怎么样？”。或者，也许不是云，而是巨大的大气飞艇阵列，兼作太阳能电池板的载体，因此必然分布在经度上。糟糕的眼中钉，但多么伟大的事业啊，向宇宙传递信息。
显然，这有点异想天开*，但它确实提出了一个重要的问题。随着我们越来越擅长从系外行星（尤其是那些更像地球的行星）中提取数据，我们是否至少应该注意技术居民有意或无意留下的迹象？好奇的模式和重复的结构可能不仅仅代表另一个暴风雨季节，它们可能是跨越星际山谷的烟雾信号，这并非不可思议。
（*您可能认为或不认为这是一个轻描淡写）