一個(gè)國(guó)際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)利用位于智利的雙子座天文臺(tái)望遠(yuǎn)鏡，首次直接測(cè)量了大約340光年外的另一個(gè)“太陽(yáng)系”中的一顆行星的大氣中的水和一氧化碳的含量。 該小組由亞利桑那州立大學(xué)地球和太空探索學(xué)院的副教授Michael Line領(lǐng)導(dǎo)，其結(jié)果于10月27日發(fā)表在 《自然》 雜志上。

在我們的太陽(yáng)系之外有成千上萬(wàn)的已知行星（稱為系外行星）。科學(xué)家們利用太空望遠(yuǎn)鏡和地面望遠(yuǎn)鏡來(lái)研究這些系外行星是如何形成的，以及它們與我們太陽(yáng)系的行星有什么不同。

在這項(xiàng)研究中，Line和他的團(tuán)隊(duì)專注于行星"WASP-77Ab"，這是一種被稱為"熱木星"的系外行星，因?yàn)樗鼈兙拖裎覀兲?yáng)系的木星，但溫度高達(dá)2000華氏度以上。然后，他們專注于測(cè)量其大氣層的組成，以確定與它所環(huán)繞的恒星相比，有哪些元素存在。

Line說(shuō)：“由于它們的大小和溫度，熱木星是測(cè)量大氣氣體和測(cè)試我們的行星形成理論的優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)室。”

雖然還不能向太陽(yáng)系以外的行星發(fā)送航天器，但科學(xué)家可以用望遠(yuǎn)鏡研究來(lái)自系外行星的光線。他們用來(lái)觀察這種光線的望遠(yuǎn)鏡可以在太空中，如哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，或者從地面上，如雙子座天文臺(tái)的望遠(yuǎn)鏡。

Line和他的團(tuán)隊(duì)曾廣泛參與使用哈勃測(cè)量系外行星的大氣成分，但獲得這些測(cè)量結(jié)果是具有挑戰(zhàn)性的。哈勃的儀器只測(cè)量水（或氧氣），團(tuán)隊(duì)還需要收集一氧化碳（或碳）的測(cè)量結(jié)果。這就是該團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)向雙子座南站望遠(yuǎn)鏡的地方。

“我們需要嘗試不同的東西來(lái)解決我們的問題，”Line說(shuō)。“而我們對(duì)雙子座南區(qū)的能力的分析表明，我們可以獲得超精確的大氣測(cè)量。”

雙子座南站望遠(yuǎn)鏡是一個(gè)直徑為8.1米的望遠(yuǎn)鏡，位于智利安第斯山脈的一座名為Cerro Pachón的山上，那里的空氣非常干燥，云層幾乎可以忽略不計(jì)，因此是一個(gè)主要的望遠(yuǎn)鏡位置。它由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的NOIRLab（國(guó)家光學(xué)-紅外天文研究實(shí)驗(yàn)室）運(yùn)營(yíng)。

利用雙子座南站望遠(yuǎn)鏡和一個(gè)名為"浸入式GRating INfrared Spectrometer"（IGRINS）的儀器，研究小組觀察了該系外行星繞其主星運(yùn)行時(shí)的熱輝光。從這個(gè)儀器中，他們收集了關(guān)于其大氣中不同氣體的存在和相對(duì)數(shù)量的信息。

就像天氣和氣候衛(wèi)星被用來(lái)測(cè)量地球大氣中的水蒸氣和二氧化碳的數(shù)量一樣，科學(xué)家們可以使用光譜儀和望遠(yuǎn)鏡，如雙子座南站望遠(yuǎn)鏡的IGRINS，來(lái)測(cè)量其他行星上不同氣體的數(shù)量。

“試圖弄清行星大氣的組成就像試圖用指紋破案，”Line說(shuō)。“一個(gè)被弄臟的指紋并不能真正縮小它的范圍，但是一個(gè)非常漂亮、干凈的指紋卻能提供一個(gè)獨(dú)特的識(shí)別器來(lái)識(shí)別誰(shuí)在犯罪。”

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡為研究小組提供的可能是一兩個(gè)模糊的“指紋”，而雙子座南站望遠(yuǎn)鏡的IGRINS為研究小組提供了一整套完全清晰的“指紋”。

隨著對(duì)WASP-77Ab大氣層中的水和一氧化碳的清晰測(cè)量，研究小組隨后能夠估計(jì)出這顆系外行星大氣層中氧和碳的相對(duì)數(shù)量。

Line說(shuō)：“這些數(shù)量符合我們的預(yù)期，與宿主星的數(shù)量差不多。”獲得系外行星大氣中超精確的氣體豐度不僅是一項(xiàng)重要的技術(shù)成就，特別是在地面望遠(yuǎn)鏡的情況下，它還可能幫助科學(xué)家在其他行星上尋找生命。

Line表示：“這項(xiàng)工作代表了我們?cè)诓贿h(yuǎn)的將來(lái)如何最終測(cè)量潛在宜居世界的生物特征氣體（如氧氣和甲烷）的一個(gè)探路者示范。 ”

Line和該團(tuán)隊(duì)接下來(lái)要做的是對(duì)更多的行星重復(fù)這一分析，并在至少15個(gè)行星上建立起大氣測(cè)量的“樣本”。

“我們現(xiàn)在處于這樣一個(gè)階段，即我們可以獲得與我們自己太陽(yáng)系中的那些行星相當(dāng)?shù)臍怏w豐度精度。”Line說(shuō)：“測(cè)量更大樣本的系外行星大氣中的碳和氧（以及其他元素）的豐度，為理解我們自己的氣體巨頭如木星和土星的起源和演變提供了非常需要的背景。”

他們也期待著未來(lái)的望遠(yuǎn)鏡能夠提供什么。Line說(shuō)：“如果我們能用今天的技術(shù)做到這一點(diǎn)，想想我們將能用像巨型麥哲倫望遠(yuǎn)鏡這樣的新興望遠(yuǎn)鏡做什么。我們確實(shí)有可能在未來(lái)十年內(nèi)使用這種相同的方法，在我們太陽(yáng)系以外的類地巖質(zhì)行星上發(fā)現(xiàn)潛在的生命信號(hào)，這些信號(hào)也含有碳和氧。”

【來(lái)源：cnBeta.COM】

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