天文学家已经收集了一些关于被称为HR 8799c的行星的最佳数据 - 一个年轻的巨型气体行星，大约是木星质量的7倍，每200年绕其恒星运行一次。该团队在夏威夷Maunakea的WM Keck天文台使用最先进的仪器来确认地球大气层中是否存在水，以及缺乏甲烷。

虽然其他研究人员之前曾对此行星进行过类似测量，但这些新的更强大的数据证明了将高分辨率光谱技术与自适应光学技术相结合的强大功能，该技术可以纠正地球大气层的模糊效应。“这种类型的技术正是我们今后想用来寻找类似地球的行星上的生命迹象。我们现在还没有，但我们正在向前迈进，”天文学副教授Dimitri Mawet说。在加州理工学院和加州理工学院为美国宇航局管理的JPL研究科学家。Mawet是今天在“天文学杂志”上发表的一篇新论文的合着者。主要作者是Ji Wang，他曾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。拍摄绕其他恒星运行的行星 - 系外行星 - 是一项艰巨的任务。来自主星的光远远超过行星，使它们难以看清。

到目前为止，已有十多颗系外行星被直接成像，包括HR 8799c及其三颗行星伴星。事实上，HR 8799是唯一可以拍摄照片的多行星系统。在Keck II望远镜上使用自适应光学系统发现，HR8799的直接图像是有史以来第一个绕太阳运行的恒星运行的行星系统。一旦获得图像，天文学家就可以使用称为光谱仪的仪器来打破行星的光线，就像棱镜将阳光变成彩虹，从而揭示化学物质的指纹。到目前为止，这种策略已被用于了解几个巨型系外行星的大气层。下一步是对仅靠近恒星的较小行星做同样的事情(行星离它的恒星越近，它的尺寸越小，看得越难)。最终目标是寻找在恒星“可居住区”内轨道运行的类地行星的大气中的化学物质 - 包括可能指示生命的任何生物印记，如水，氧气和甲烷。

Mawet的研究小组希望能够完成这一点与仪器对即将到来的三十米望远镜，一个巨型望远镜被一些国家和国际合作伙伴，包括加州理工学院计划于21世纪20年代后期。但就目前而言，科学家正在利用凯克天文台完善他们的技术 - 并在此过程中，了解巨行星的成分和动力学。“现在，凭借凯克，我们已经可以了解这些巨大的奇异行星的物理和动力学，这些行星与我们自己的太阳系行星完全不同，”王说。在这项新研究中，研究人员在Keck 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。

他们将仪器与凯克天文台强大的自适应光学系统相结合，这种方法利用天空中的导星创建更清晰的图像，作为测量和纠正地球大气模糊湍流的手段。这是第一次使用所谓的L波段(一种波长约为3.5微米的红外光，以及具有许多详细化学指纹的光谱区域)在直接成像的行星上演示该技术。Mawet说：“L波段在很大程度上被忽视了，因为在这个波长下天空更亮。”“如果你是一个眼睛调到L波段的外星人，你会看到一个非常明亮的天空。通过这个面纱很难看到系外行星。”

研究人员表示，增加自适应光学系统使得L-band更容易用于研究HR 8799c行星。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，证实它有水和缺乏甲烷，如前所述。“我们现在更加确定地球上缺乏甲烷，”王说。“这可能是由于地球大气层混合造成的。如果对流过程带来了没有甲烷的行星更深的层，那么甲烷就会被稀释。L波段也适用于测量行星的碳氧比 - 这是行星形成的位置和方式的示踪剂。行星由围绕恒星的旋转圆盘形成，特别是来自氢，氧和富含碳的分子(如水，一氧化碳和甲烷)的混合物。

这些分子从与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，天文学家可以从中了解它的起源。Mawet的团队正准备在凯克天文台开启他们最新的仪器，称为Keck Planet Imager and Characterizer(KPIC)。它还将使用自适应光学辅助高分辨率光谱学，但可以看到比HR 8799c更暗并且更接近它们的恒星的行星。“KPIC是我们未来的三十米望远镜仪器的跳板，”Mawet说。“就目前而言，我们正在大量了解宇宙中行星形成的无数方式。”