一个国际科学家团队利用位于智利的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”中的一颗行星的大气中的水和一氧化碳的含量。该小组由亚利桑那州立大学地球和太空探索学院的副教授Michael Line领导，其结果于10月27日发表在《自然》杂志上。
在我们的太阳系之外有成千上万的已知行星（称为系外行星）。科学家们利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的行星有什么不同。
在这项研究中，Line和他的团队专注于行星"WASP-77Ab"，这是一种被称为"热木星"的系外行星，因为它们就像我们太阳系的木星，但温度高达2000华氏度以上。然后，他们专注于测量其大气层的组成，以确定与它所环绕的恒星相比，有哪些元素存在。
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优秀实验室。”
虽然还不能向太阳系以外的行星发送航天器，但科学家可以用望远镜研究来自系外行星的光线。他们用来观察这种光线的望远镜可以在太空中，如哈勃太空望远镜，或者从地面上，如双子座天文台的望远镜。
Line和他的团队曾广泛参与使用哈勃测量系外行星的大气成分，但获得这些测量结果是具有挑战性的。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）的测量结果。这就是该团队转向双子座南站望远镜的地方。
“我们需要尝试不同的东西来解决我们的问题，”Line说。“而我们对双子座南区的能力的分析表明，我们可以获得超精确的大气测量。”
双子座南站望远镜是一个直径为8.1米的望远镜，位于智利安第斯山脉的一座名为Cerro Pachón的山上，那里的空气非常干燥，云层几乎可以忽略不计，因此是一个主要的望远镜位置。它由美国国家科学基金会的NOIRLab（国家光学-红外天文研究实验室）运营。
利用双子座南站望远镜和一个名为"浸入式GRating INfrared Spectrometer"（IGRINS）的仪器，研究小组观察了该系外行星绕其主星运行时的热辉光。从这个仪器中，他们收集了关于其大气中不同气体的存在和相对数量的信息。
就像天气和气候卫星被用来测量地球大气中的水蒸气和二氧化碳的数量一样，科学家们可以使用光谱仪和望远镜，如双子座南站望远镜的IGRINS，来测量其他行星上不同气体的数量。
“试图弄清行星大气的组成就像试图用指纹破案，”Line说。“一个被弄脏的指纹并不能真正缩小它的范围，但是一个非常漂亮、干净的指纹却能提供一个独特的识别器来识别谁在犯罪。”
哈勃太空望远镜为研究小组提供的可能是一两个模糊的“指纹”，而双子座南站望远镜的IGRINS为研究小组提供了一整套完全清晰的“指纹”。
随着对WASP-77Ab大气层中的水和一氧化碳的清晰测量，研究小组随后能够估计出这颗系外行星大气层中氧和碳的相对数量。
Line说：“这些数量符合我们的预期，与宿主星的数量差不多。”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，特别是在地面望远镜的情况下，它还可能帮助科学家在其他行星上寻找生命。
Line表示：“这项工作代表了我们在不远的将来如何最终测量潜在宜居世界的生物特征气体（如氧气和甲烷）的一个探路者示范。 ”
Line和该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个行星上建立起大气测量的“样本”。
“我们现在处于这样一个阶段，即我们可以获得与我们自己太阳系中的那些行星相当的气体丰度精度。”Line说：“测量更大样本的系外行星大气中的碳和氧（以及其他元素）的丰度，为理解我们自己的气体巨头如木星和土星的起源和演变提供了非常需要的背景。”
他们也期待着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，想想我们将能用像巨型麦哲伦望远镜这样的新兴望远镜做什么。我们确实有可能在未来十年内使用这种相同的方法，在我们太阳系以外的类地岩质行星上发现潜在的生命信号，这些信号也含有碳和氧。”