由科罗拉多大学博尔德分校的雷切尔·洛伊特豪斯撰写
在系外行星上发现的高温高压条件可以在这个仪器中重现
学分:科罗拉多大学博尔德分校 由于在保罗M进行的研究，科学家们不需要在几光年之外的地方绘制系外行星的大气层图
Rady机械工程系与喷气推进实验室(JPL)的科学家合作
瑞安·科尔(博士
D
mecheng’21)开发了一个实验，在2000磅的范围内重现太阳系以外行星的真实气候
科罗拉多大学博尔德分校格雷格·里克教授实验室的仪器
通过达到与许多系外行星相同的高温高压条件，该仪器可以绘制出它们大气中的气体分布图，这有一天可能会帮助人类在其他行星上找到生命
里克说:“如果我们观察地球的大气层，我们会知道生命在这里，因为我们看到甲烷、二氧化碳，所有这些不同的标志都表明有东西生活在这里。”
“我们也可以观察系外行星的化学特征
如果我们看到正确的气体组合，这可能是那里有生物存在的迹象
" 里克和科尔的工作可以为系外行星凌日光谱学做出贡献，这是一种观察系外行星大气成分的研究方法
科学家用望远镜观察穿过它的光线
当光与大气中的气体相互作用时，这些气体在穿过时吸收光子
瑞安·科尔(PhDMechEngr'21)建造的仪器视图，实验复制了系外行星上的条件，使实验发热
学分:科罗拉多大学博尔德分校 里克说:“科学家们需要一张地图来解释光线到达这里时告诉我们的信息。”
“这就是瑞安实验的意义所在
当我们在实验室中创建这个系外行星大气的小缩影时，我们用激光发送我们自己的特征光，并研究发出的光子
我们可以测量这些变化，并绘制光是如何被吸收的
" 科尔和里克与JPL的科学家合作，将传感器测量与计算模型相结合，帮助探测系外行星上的不同气体
科尔制造了一种仪器，可以复制系外行星的气候，并测量在这些奇异条件下光是如何被吸收的，而JPL的副部门经理布莱恩·德鲁因的实验室提供了解释测量结果的工具
他们的研究可以优化像詹姆斯·韦伯太空望远镜这样的望远镜，该望远镜将于12月中旬发射
24发自位于法属圭亚那的欧洲航天局网站
科尔说:“詹姆斯·韦伯太空望远镜和其他类似哈勃的望远镜正在观察人类所能看到的终极地平线。”
“格雷格和我正试图让他们的愿景更加清晰
我们的实验室测量可以帮助解释望远镜对遥远行星大气的观测
" 这些望远镜可以探索无尽的宇宙——超过4800颗已确认的系外行星，还有大约7900颗美国宇航局认为可能是行星的行星
随着里克和科尔的实验被纳入探险，我们对系外行星及其大气中气体的了解可以得到提高——因此，它也推进了对外星生命的探索
仪器是如何工作的 科尔说:“真的没有多少系统能够达到我们所达到的高温高压条件。”
“我们不仅需要达到这些条件，还需要温度和压力极其均匀和众所周知
达到这些标准是我们实验最独特的方面之一
" 科尔开发的仪器的尺寸和范围使它们能够达到在系外行星上看到的高温和高压
设备内部的实验可以达到1000开尔文，也就是大约1340华氏度
2000磅
仪器也有厚的钢壁，可以达到100个大气压
放在上下文中，地球在海平面的平均压力是一个大气压
从2016年开始，当科尔加入里克的实验室时，他必须对高温高压电池进行大约五次迭代，然后才能做好
“瑞安是第一个这么做的人，”里克说
“他已经创建了非常接近完美的数据集
" 一旦科尔的仪器内部达到条件，该团队就通过频率梳激光器发出光，这项技术是科罗拉多大学博尔德分校和国家标准与技术研究所获得诺贝尔奖的研究基础
这种激光器有几十万种表现良好的光波长，使其成为研究光-物质相互作用的理想工具
科尔说:“我们让激光通过这个环境，在这样做的过程中，我们记录了激光是如何与我们限制在这个独特实验核心的气体相互作用的。”
“我们测量不同频率的光是如何被吸收的，这可以用来解释对实际系外行星大气的观测
" 然后这些测量通过JPL的解释工具
这个计算模型提取了基本的量子参数，使研究小组能够绘制出大气中的气体分子在任何条件下与光相互作用的图谱
里克比较了他们获得的测量值和JPL提供给图像数据标准格式JPEG的参数之间的关系
当我们看到照片时，JPEG数据是图像的代码或指令集
在这种情况下，里克实验室的设备提供了照片——系外行星的状况和穿过其大气层的光线
JPL工具提供了JPEG代码——描述光如何与大气中的气体相互作用的数据
当实验达到高温高压时，观察仪器内部
学分:科罗拉多大学博尔德分校 地球可持续性应用 里克的工作并非始于绘制系外行星大气层的目标
最初的目标是了解火箭或飞机发动机内部的燃烧
他已经着手绘制这些发动机排放的图表，这可以帮助社会找到更有效的燃烧燃料的方法
科尔说:“我认为有趣的是，你可以将该仪器的应用从丹佛国际机场的喷气发动机与远离地球的遥远系外行星的大气联系起来。”
这项技术的功能范围仍然允许团队模拟喷气发动机的内部，并绘制排放气体的地图，但在建造设备时，科尔认识到模拟发动机内部的条件与金星表面的条件非常相似——高温高压
科尔说:“金星是一颗非常有趣的行星，因为在物理上，金星和地球在大小和密度上非常相似。”
“行星科学界有一个正在进行的问题，说你可以在金星和地球之间进行有趣的比较
金星是否给了我们另一个关于类地行星如何进化的数据点？" 金星的大气温度接近华氏860度，是地球大气压力的95倍
这个星球完全不适合居住，这主要是由于大气中大量二氧化碳导致的失控的温室效应
强大的温室气体在金星的大气中捕获热量，导致极高的表面温度
虽然地球的大气远没有金星上发现的二氧化碳水平高，但对金星大气的研究可以推进气候变化研究
科尔说:“我们的设备可以帮助科学家们更好地了解金星和二氧化碳负担越来越重的大气层的演变。”
“这个实验可以帮助我们理解类地行星的大气，样本大小为两颗行星，而不是只有一颗
" 从发动机内部到金星和遥远系外行星的表面，里克和科尔工作的基本目标是了解光如何与气体分子相互作用
然而，无论范围如何，里克和科尔研究的应用都有一个相同的主题——促进生活
很快有一天，这可能包括其他地方的生命，而不仅仅是地球上的生命
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