作者:亚利桑那州立大学的卡琳·瓦伦丁
艺术家对“热木星”太阳系外行星的概念
信用:美国国家航空航天局，欧洲航天局和洛杉矶
Hustak (STScI) 一个国际科学家团队使用智利的地基双子座天文台望远镜，首次直接测量了大约340光年外的另一个太阳系中一颗行星的大气中水和一氧化碳的含量
该团队由亚利桑那州立大学地球和空间探索学院的助理教授迈克尔·莱恩领导，研究结果最近发表在《自然》杂志上
在我们太阳系之外，有成千上万颗已知的行星(称为系外行星)
科学家们使用太空望远镜和地面望远镜来研究这些系外行星是如何形成的，以及它们与我们太阳系中的行星有何不同
在这项研究中，莱恩和他的团队聚焦于“WASP-77Ab”行星，这是一种被称为“热木星”的系外行星，因为它们像我们太阳系的木星，但温度高达2000华氏度
然后，他们专注于测量它的大气成分，以确定与它围绕的恒星相比，存在哪些元素
Line说:“由于它们的大小和温度，热木星是测量大气气体和测试我们的行星形成理论的绝佳实验室。”
虽然我们还不能向太阳系以外的行星发射宇宙飞船，但科学家可以用望远镜研究系外行星发出的光
他们用来观察这种光的望远镜可以是太空中的，比如哈勃太空望远镜，也可以是地面上的，比如双子座天文台的望远镜
Line和他的团队广泛参与了使用哈勃测量系外行星大气成分的工作，但是获得这些测量值具有挑战性
不仅望远镜时间竞争激烈，哈勃的仪器只测量水(或氧气)，团队还需要收集一氧化碳(或碳)的测量数据
这是研究小组转向双子座南方望远镜的地方
“我们需要尝试一些不同的东西来解决我们的问题，”Line说
“我们对双子座南号能力的分析表明，我们可以获得超精确的大气测量
" 双子座南方是8
直径1米的望远镜位于智利安第斯山脉的一座名为塞罗·帕钦的山上，那里非常干燥的空气和可忽略不计的云层使其成为望远镜的最佳位置
它由国家科学基金会的NOIRLab(国家光学-红外天文学研究实验室)运营
通过测量图中右栏所示的多普勒频移，科学家可以重建一颗行星在朝向或远离地球时的轨道速度
中间一栏显示的行星信号强度，沿着行星围绕恒星运行时的预期视在速度(海军虚线曲线)，包含大气中不同气体的含量信息
信用:P
史密斯/ M
线/秒
塞尔柯克/华硕 利用双子座南方望远镜，以及一种叫做浸没光栅红外光谱仪(IGRINS)的仪器，研究小组观察了这颗系外行星围绕其主星运行时的热辉
通过这个仪器，他们收集了大气中不同气体的存在和相对数量的信息
像用来测量地球大气中水蒸气和二氧化碳含量的天气和气候卫星一样，科学家可以使用分光计和望远镜，比如双子座南方的IGRINS，来测量其他行星上不同气体的含量
Line说:“试图弄清楚行星大气的成分，就像试图用指纹破案一样。”
“一个脏污的指纹并不能真正缩小范围，但是一个非常漂亮、干净的指纹可以为犯罪的人提供一个独特的身份
" 哈勃太空望远镜为团队提供了一两个模糊的指纹，而双子座南方的IGRINS为团队提供了一整套完全清晰的指纹
通过对WASP-77Ab大气中的水和一氧化碳的清晰测量，研究小组随后能够估算出系外行星大气中氧和碳的相对含量
line说:“这些金额符合我们的预期，和主持明星的差不多。”
获得系外行星大气中超精确的气体丰度不仅是一项重要的技术成就，尤其是使用地基望远镜，它还可能帮助科学家在其他行星上寻找生命
Line说:“这项工作代表了一个探路者的演示，展示了我们将如何在不太遥远的未来最终测量潜在可居住世界中的氧气和甲烷等生物标志气体。”
Line和他的团队接下来要做的是对更多的行星重复这一分析，并在至少15个以上的行星上建立大气测量的“样本”
“我们现在可以获得与我们太阳系中的行星相当的气体丰度精度
Line说:“测量更大样本系外行星大气中碳和氧(以及其他元素)的丰度，为理解我们自己的气体巨行星如木星和土星的起源和演化提供了非常需要的背景。”
他们也期待未来的望远镜能够提供什么
Line说:“如果我们能用今天的技术做到这一点，想想我们能用像巨型麦哲伦望远镜这样的新兴望远镜做些什么。”
“到本十年末，我们确实有可能使用同样的方法，在我们太阳系以外的类地岩石行星上嗅出潜在的生命信号，其中也含有碳和氧。”
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