研究人员正在完善技术 有朝一日寻找外星生命的迹象

天文学家已经收集了一些关于这颗名为HR 8799c的行星的最佳数据——这是一颗年轻的巨型气体行星，质量约为木星的7倍，每200年绕其恒星运行一周。该团队使用夏威夷Maunakea的WM Keck天文台的最先进的仪器来确认地球大气层中存在水和缺乏甲烷。

虽然之前也有其他研究人员对这颗行星进行过类似的测量，但这些新的更强大的数据证明了高分辨率光谱技术与自适应光学技术相结合的强大功能，可以校正地球大气的模糊效应。“这种技术正是我们未来想要用来在像地球这样的行星上寻找生命迹象的。我们还没有，但我们正在前进，”天文学副教授迪米特里马韦特说。由加州理工学院和加州理工学院为NASA管理的JPL研究科学家。Mawet是今天发表在《天文学杂志》上的一篇新论文的合著者。主要作者是王姬，他是加州理工学院的博士后学者，现在是俄亥俄州立大学的助理教授。拍摄围绕其他恒星运行的行星——系外行星是一项艰巨的任务。主星发出的光远远超过行星发出的光，使它们很难看清楚。

到目前为止，已经直接对十余颗系外行星进行了成像，包括HR 8799c及其三颗伴星。事实上，HR 8799是唯一可以拍照的多行星系统。使用凯克II望远镜上的自适应光学系统，发现HR8799的直接像是历史上第一个恒星围绕太阳运行的行星系统。一旦获得图像，天文学家可以使用一种叫做分光计的仪器来打破行星的光线，就像棱镜将阳光变成彩虹一样，从而揭示化学物质的指纹。到目前为止，这种策略已经被用来了解几个巨大的系外行星的大气层。下一步是对那些只靠近恒星的较小行星做同样的事情(行星离恒星越近，体积越小，越难看到)。最终目标是在恒星的“宜居带”中轨道运行的类地行星的大气中找到化学物质——包括任何可能表明生命的生物标记，如水、氧和甲烷。

Mawet的研究小组希望通过即将到来的30米望远镜来实现这一目标，这是由一些国家和国际合作伙伴计划的巨型望远镜，包括20世纪20年代末的加州理工学院。但是现在，科学家们正在利用凯克天文台来完善他们的技术——在这个过程中，了解巨行星的构成和动力学。“现在，有了唐珂，我们已经可以了解这些巨大的外来行星的物理和动力学，这些行星完全不同于我们自己的太阳系行星，”王说。在这项新的研究中，研究人员在凯克II望远镜上使用了一种名为NIRSPEC(近红外低温阶梯光谱仪)的仪器，这是一种在红外光下工作的高分辨率光谱仪。

他们将该仪器与凯克天文台强大的自适应光学系统结合起来。这种方法利用天空中的引导星来创建更清晰的图像，作为测量和校正地球大气模糊湍流的手段。这是首次使用所谓的L波段(波长约为3.5微米的红外光，光谱区有许多详细的化学指纹)在直接成像的行星上演示这项技术。Mawet说，“L波段在很大程度上被忽略了，因为这个波长的天空更亮。”“如果你是眼睛调到L波段的外星人，你会看到非常明亮的天空。透过这层面纱很难看到系外行星。”

研究人员表示，自适应光学系统的加入使得L波段更容易研究行星HR 8799c。在他们的研究中，他们对地球的大气成分进行了最精确的测量，证实了它有水，缺乏甲烷，如前所述。“我们现在更加确定地球上甲烷短缺，”王说。“这可能是地球大气混合造成的。如果对流过程带来了更深的没有甲烷的星球层，那么甲烷就会被稀释。L波段也适用于测量行星的碳氧比——这是一种行星形成地点和方式的示踪剂。行星是由围绕恒星旋转的圆盘形成的，特别是由氢、氧和富含碳的分子如水、一氧化碳和甲烷的混合物形成的。

这些分子从距离恒星不同距离的行星形成盘中冻结出来——在称为雪线的边界处。通过测量行星的碳氧比，天文学家可以知道它的起源。Mawet的团队正准备在凯克天文台开放他们最新的仪器，名为凯克行星成像仪和字符器(KPIC)。它还将使用自适应光学辅助高分辨率光谱，但可以看到比HR 8799c更暗、更靠近其恒星的行星。“KPIC是我们未来30米望远镜仪器的跳板，”Mawet说。“目前，我们正在了解宇宙中行星形成的无数方式。”

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