没有操纵杆 ，如何操控火星上的机器人？
虽然人类尚未在火星上留下足迹，但我们已经向这颗红色星球派遣了多个机器人探险家，其中包括“机遇”号和“好奇”号火星车以及不久前发射的“洞察”号着陆器。在这些机器人的帮助下，我们将加深对火星的认知，进一步确定这颗星球曾经或者现在是否有生命存在。
自从我们最先考察夜空以来，云层一直是天文学家最恐怖的敌人。这就是为什么我们最好的望远镜在山顶上。 围绕其他恒星的行星同样会给天文学家带来未便。随着我们从地球上发现越来越多的外行星，我们也知道它们也有云。早先，这些外星云似乎是我们穿透行星大气层的一个恼人的障碍。但事实证明，它们是明白一个天下是否适合生命的因素：天气。 几个世纪以来，天文学家一直嫌疑其他恒星也有自己的行星，但直到90年代初，我们才发现这些行星的证据。第一颗绕着类太阳恒星运行的行星是在两位瑞士天文学家米歇尔·麦耶（Michel Mayor）和迪迪埃·库罗斯(Didier Queloz)监测一颗名为51Pegasi的恒星一年多后发现的。他们注意到它的光变得更红，然后变得更蓝，连续了约莫4天。这意味着恒星摇摆不定，暗示着轨道行星的引力牵引。摆动的巨细注释这颗行星的质量至少是木星的一半，其轨道距离恒星的距离是水星距离太阳的八倍。这是一个新的天下，一个被称为“热木星”。 这只是个最先。1999年，两名博士生大卫·查博诺（David Charbonneau）和蒂莫西·布朗（Timothy Brown）用自制望远镜考察了一颗叫做HD 209458b的热木星，经由它的恒星前方并阻挡其光线。这种“过境方式”彻底改变了行星外行星的征采。已往20年里，天文学家们利用它探测数千颗外行星。我们现在知道我们的星系包含了一系列的天下，从灼热的气态巨星到超级地球–比地球大但比海王星小的岩石行星。 不外他们到底是什么样子？在第一颗木星被发现后不久，萨拉·西格(Sara Seager)展望，我们可以通过考察恒星的光线来领会太阳系外行星的大气层。当恒星的光线穿过行星大气层的边缘时，这种光线会玄妙地改变，由于每一种气体都会在特定波长吸收。若是我们可以用这个来识别气体，我们可以分辨出这个行星是否具有适合生命的大气层，也许类似于地球的氮和氧的夹杂。甚至可能会找到一种只能由活物生产的气体夹杂物的证据。 天文学家很快看到了分子既熟悉又新鲜，但它们仅限于考察伟大的热行星，这些行星可能无法承载任何类似地球生命的器械。较小的岩石行星更难以描述。 当哈勃太空望远镜安装了一台新的高精度相机并指向这样一个叫做GJ 1214b的超级地球。天文学家们在2012年和2013年时代获得了高达60圈的哈勃望远镜时间举行调查。它是有史以来最长、最详细的看过超级地球大气层，但返回的光谱是平展且无特色的。云挡住了光线，这一可能性并没有泛起在天文学家们的脑海里。
过境方式对靠近恒星的行星最有用，由于它们遮挡了更多的光线。以是我们研究的系外行星险些都是处于高温状态，通常温度在数百摄氏度。形成云包罗气体冷凝成液滴，在这些温度下不会发生水或甲烷（太阳系中组成云的分子种类）的征象。GJ 1214b大气层中的云的平均温度约莫为200℃，以是不管它们是由什么组成的，它一定是不太熟悉的器械。 这些云并不只是令人惊讶。云不应该完全从大气中关闭信号。即使是最厚的云也应该有一些大气层，上面的星光可以通过它的方式掠过我们的望远镜。直到约莫100公里的高度，地球的大气层照样相当充实的，然则云很少泛起在约莫25公里的上方。对于GJ 1214b的平展光谱来说，最好的注释是它的云险些位于大气层的顶部。 这并不是好兆头。较冷的行星更有可能有云，因此天文学家们在凉爽的岩石天下甚至靠近恒星的地方获得有用数据的可能性并不理想。幸运的是，自从我们首次考察到GJ 1214b以来，事情已经生长到了意想不到的偏向。外星云层已经从敌人酿成同伙了。 首先，我们找到了一种方式来查看它们。我们考察到的许多外行星都是潮汐锁定的，这意味着它们有一个不停面向恒星的日照面。这使得云层在凉爽的空气中加倍常见。亚利桑那州立大学的迈克尔·莱恩（Michael Line）和牛津大学的维维恩·帕伦蒂尔（Vivien Parmentier）意识到日间与黑夜相顺应的界限可能是一个充满零星云层的中央区域。 在这种可能性的启发下，科学家于2016年重新审阅了HD 209458b，这是查博诺和布朗发现的一个被潮汐锁定的热木星。思量数百万种可能的大气层类型，以及每种大气若何使行星看到差别的波长。然后我将这些盘算与HD 209458b现实看起来的情形举行对照。通过找到最佳匹配，我发现HD 209458b拥有高海拔云层，覆盖面积约57%。像这样的演习最先教我们一些关于太阳系外行星的天气。 我们可以盘算出地球大气层中种种分子的数目，但确切数字并不是这个例子中最大的惊喜。主要的是这个模子注释了氰化氢存在，这种分子是一些生命起源理论的要害。这些提醒大多数氨基酸，即蛋白质的构建块，可以氰化氢在强辐射下发生。这并不是说生命可以在HD 209458b的灼热的云层中最先，但它显示了当我们看到外行星云层下面时我们可能会发现的器械。 然而，
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可以说伽利略与牛顿建立起了物理学，在此之前并没有物理学这门学科，研究自然的学问叫自然哲学，其与物理学的根本区别在于实验。物理学是研究自然现象的科学，归根结底就是研究物质的组成，相互作用和运动规律的学科。
我使用的手艺只是在日间黑夜界限中存在云间隙时才气使用。完全多云的行星，如GJ 1214b，需要另一个解决办法。
克萨斯大学奥斯汀分校的卡罗琳·莫利（Caroline Morley）有一个解决方式。她的想法是考察一颗超地球在它的母星之前和之后的情形。若是你从恒星和行星的光中减去恒星光，剩下的就只有来自行星的热辐射。像星光一样，热辐射可以为行星大气中的分子提供线索。而且，要害的是，我们考察到的是行星的光面，云层并不那么常见。 另一个想法依赖于事实，正如我们看到月亮的转变，我们看到了系外行星绕其恒星旋转时所照亮的差别部门。丈量其各个阶段发出的热量可以缔造行星的温度图，从而对外星天气发生主要的洞察力。 加州理工学院的希瑟·克努森（Heather Knutson）把这个应用到了热木星HD 209458b。这个星球以其充满活力的蓝色大气而著名，被以为含有大量的硅云。克努森的舆图显示夜间和日间温度仅相差200°C，远低于预期。她还发现，这个星球上最热的点距离日间的中央约30度。这些发现注释，强风在大气中运送能量。 一般来说，强风对行星的可居住性有着伟大的积极影响。想象一下一个潮汐锁定的行星，在它的大气层中有水。在灼热的日间，它会是蒸汽，而在夜晚它会结冰，对生命的要害促进者–液态水–并没有留下任何位置。通过围绕周围的热量流传，风可以缔造出它可能存在的温带区域。
我们迄今观察到的太阳系外行星的天气比我们自己更极端 这个想法与凉爽的岩石行星最为相关，然则由于它们散发出较少的热量，以是更难构建这样的行星温度图。然而天文学家们已经考察了一个异常炎热的岩石行星，即超级地球55 Cancri e。剑桥大学的布莱斯·奥利维尔·德默里（Brice-Olivier Demory）和他的同事们绘制的一张温度图，发现最热的点也被抵消了，注释有些器械正在运送能量。而且行星的日间比夜晚的温度高1400°C，与风能存在的情形相比，差异更大。德默里以为，若是行星有一个熔融的外面，岩浆流动围绕着热量，那么这个难题就可以解决了。考察结果注释，日间发出的热量每年都在转变，这与火山距离喷射反射质料和冷却大气层的情形一致。它描绘了一幅地狱般的天下，汽化的岩石从天而降。 地球上的天气不仅抽象地涉及风、雨、温度等，而且涉及随时间转变的周期和模式。 我们现在最先看到太阳系外行星上类似的模式。由英国华威大学大卫·阿姆斯特朗（David Armstrong）向导的团队对热木星HAT-P-7b举行了四年的观察，发现其最亮点约莫每隔一百天从西向东移动。阿姆斯特朗以为强风带来的是从夜间到日间的云层，在那里它们会连续很短的时间，然后在跨越2500°C的温度下蒸发。所有这一切都是可以检测到的，由于当风改变速率时，在日间存活的云的比例，以及因此反射光的量，会发生转变。通过考察云层，我们看到了一个外星天下的天气模式。 要弄清外星天气对生命泛起的机会是利照样弊，方式之一就是确立一个盘算机模子，它将我们所知道的地球上天气的所有知识与我们所知道的关于某一特定外行星的条件结合起来。这正是英国气象局和英国埃克塞特大学的伊恩·布特尔（Ian Boutle）向导的团队最近举行的互助。他们用天气和天气模子来考察我们最近的比邻星 b的大气层，看看它是否能容纳液态水。有人忧郁，若是被潮汐锁住，这个星球可能会有一个冰冻的夜晚和一个冷落干燥的日间。但模拟注释，它的风改善了这些极端情形，使得地表温度顺应液态水。若是准确的话，这个发现对于我们银河系中的生命有着深远的意义。 不久之后，我们应该能够使用现在正在智利阿塔卡马沙漠制作的极大望远镜直接拍摄的行星图像举行确认。它将在2025年左右准备好行动。让我们希望它上面的天空能够一直保持晴朗。
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