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在未來幾年中的某一天，如果天文學家最終成功地在太陽系外找到一顆虛擬的地球孿生星——一個位於類太陽恆星溫帶、適宜生命存在的距離上的微小世界——這項成就絕不是可以躺在觀測功勞簿上的時候。相反，另一場競賽將開始：描述這顆行星及其大氣層的特徵，並確定這個世界是否真正適宜居住，或者更誘人的是，它是否已經被某種外星生命形式所居住。
與此同時，天文學家正在對最接近的目標——所謂的超級地球——磨練他們的技術。超級地球的質量僅為我們地球質量的幾倍，雖然太熱而不適宜居住，但本身就非常有趣。為此，一個研究團隊設法捕捉到了一顆被其主恆星背光照射的超級地球的光譜。這些測量結果為了解一顆相對較小的行星的大氣層提供了前所未有的機會；在其他行星系統中發現的大多數世界都是比木星更龐大的龐然大物。這項研究發表在12月2日出版的《自然》雜誌上。（《大眾科學》是自然出版集團的一部分。）
少數已知的超級地球，它們的軌道非常幸運地排列成從地球的有利位置凌日——從其主恆星前方經過——，為行星探測提供了一個獨特的實驗室。當一顆凌日行星在其軌道上移動時，穿過其大氣層或從其向陽面反射的星光可以進行光譜測量，以識別單個分子種類。對於一顆潛在的可居住凌日行星，相同的技術可以用來尋找生物活動跡象。（天文學家團隊在9月宣佈的，後來被競爭對手團隊質疑的潛在可居住的超級地球似乎不會凌日，限制了進行如此詳細研究的可能性。）
“這是研究這些行星大氣層最容易 접근 的方法，”哈佛-史密森天體物理中心的主要研究作者 雅各布·比恩 說。“來自主恆星的光穿過大氣層的一部分，化學物質會在光上留下它們的印記。”
比恩和他的同事利用有利的行星排列，測量了 GJ 1214 b 的光譜，這是一顆凌日超級地球，圍繞著一顆距離我們約 40 光年的小恆星執行。（這個世界按照慣例以其主恆星 GJ 1214 命名。）這顆系外行星大約是地球寬度的 2.6 倍，質量約為地球的六倍，於 2009 年被發現。
即使 GJ 1214 b 是一顆小行星，當它凌日時，由於其主恆星尺寸很小，只有太陽直徑的五分之一，它也會遮擋住其恆星光線中相對較大的部分。而且，額外的好處是，這顆行星相對於其質量而言顯得相對寬廣，表明存在相當厚的大氣層。“1214 b 就像是完美的研究超級地球，”比恩說。
GJ 1214 b 大約每 38 小時凌日一次，從其主恆星前方經過，並透過遮蔽恆星光線約一小時來顯示自身。比恩使用位於智利帕拉納爾山頂的 甚大望遠鏡的 8.2 米望遠鏡之一 跟蹤了 GJ 1214 b 的兩次行星凌日，將觀測到的光解析成其各個波長。由此產生的光譜基本上是平滑的，沒有任何指示特定分子吸收的尖銳峰值。“它看起來就像一條直線，但這對行星的大氣層來說是一個非常強大的約束，”比恩說。
新的研究表明了對 GJ 1214 b 大氣層的兩種合理的解釋，每種解釋都對行星的內部構成產生影響。缺乏吸收特徵意味著 GJ 1214 b 不可能擁有彌散的氫氣大氣層，除非它也具有高層雲層，可以阻止星光穿透。這可能表明這顆行星是一種迷你海王星——一個包裹在冰和氣體中的岩石核心——或者是一個從熔岩中噴射出氫氣大氣層的類地行星。“後一種選擇將非常棒，”比恩在談到後一種選擇時說。另一種解釋是緻密的水蒸氣大氣層緊緊地包裹著 GJ 1214 b，可能源於一顆最初是冰球的行星，後來漂移到更靠近其恆星的位置，那裡的熱量將冰蒸發成水蒸氣。
“我們無法區分這兩種情景——充滿雲層的蓬鬆大氣層或緻密的水蒸氣，”比恩說，儘管他指出，如果確實存在雲層，觀察更長紅外波長下的行星可能會讓人 glimpse 雲層內部。“我認為在明年之內，我們將開始解開這顆行星的謎團，”他說。
但是，最誘人的 glimpse 將不得不等到找到更適宜居住的世界，也許是透過去年發現 GJ 1214 b 的同一個名為 MEarth 的搜尋活動。如果該專案能夠找到附近更溫和的系外行星，天文學家可以使用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡，NASA 計劃最早在 2015 年發射，掃描其大氣層中的分子成分，甚至可能是生命跡象。“如果我們能找到這類行星，我們將在未來十年內擁有可用的設施來詳細研究它們，”比恩說。