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自從15年前首次確鑿地發現一顆圍繞類太陽恆星執行的行星以來，天文學家已經彙編了大量且多樣的所謂系外行星。 在目前已知的400多顆系外行星中，許多體積龐大——是木星質量的10倍或更多——極少數是小型的，只有地球質量的幾倍。 除了軌道週期、估計質量以及在相對罕見的情況下測得的直徑等宏觀性質外，我們對這些遙遠的世界知之甚少。
隨著儀器和觀測技術在過去幾年中變得更加精密，系外行星研究人員已經開始更深入地探測這些天體的性質，甚至識別出它們大氣層中的特定分子。 有朝一日，對系外行星大氣層的詳細觀測可能會讓天文學家能夠精確定位那些生命似乎已紮根的世界，例如，產生原本無法解釋的氧氣和甲烷混合物。
但是，儘管許多行星最初是使用地面望遠鏡發現的，但大多數為天文學家提供了瞥見其大氣層的光譜測量都來自太空觀測站，例如哈勃和斯皮策太空望遠鏡，它們在地球自身大氣層的遮蔽面紗之外執行。 （望遠鏡光譜儀將來自天體的光分解成其各個波長，從而可以透過其獨特的發射或吸收特性來識別原子或分子。）
在發表在2月4日出版的《自然》雜誌上的一篇論文中，來自美國、英國和德國的一個研究團隊展示了中等規模的地面望遠鏡識別系外行星大氣層中化學指紋的能力。 （《大眾科學》是自然出版集團的一部分。）由於少數幾個活躍的軌道觀測站的觀測時間非常寶貴，有效的地面方法將使系外行星的表徵能夠更快地進行，並且可以在更大的望遠鏡上進行。
美國宇航局噴氣推進實驗室（JPL）位於加利福尼亞州帕薩迪納的天文學家馬克·斯溫和他的同事使用夏威夷的一架三米望遠鏡對系外行星HD 189733 b進行了紅外光譜觀測，HD 189733 b是一顆相對較近的系外行星，距離地球約63光年，於2005年在法國天文臺被發現。 從太空觀測已知HD 189733 b的大氣層中含有幾種特定的分子：水、甲烷、二氧化碳和一氧化碳。 在艱苦地消除地球大氣層的影響後，斯溫和他的同事發現，他們的地面光譜與太空中的光譜在重疊處吻合良好。 更重要的是，來自地面的觀測結果揭示了一個太空觀測範圍之外的奇特特徵。
斯溫說：“最大的障礙是試圖弄清楚如何消除地球大氣層的影響，”他補充說，完善校準方法大約花了三年時間。 研究合著者，同樣是JPL天文學家的皮埃特·德魯說，他和他的同事需要在一個由地球大氣效應主導的資料集中找到一個非常微弱的系外行星訊號。 德魯說：“我們基本上所做的是，假設我們看到的一切都是由於地球大氣層造成的。” “這是一個非常好的假設，因為地球大氣層產生的訊號比系外行星大500倍。 因此，我們將其清除，然後在殘差中搜索相關性。”
斯溫說，該團隊的技術可以用於其他望遠鏡，從而可以利用比太空望遠鏡更大的儀器。 （即使斯溫和他的合著者使用的相對適中的望遠鏡也比哈勃望遠鏡大，哈勃望遠鏡的主鏡直徑為2.4米。）斯溫說：“我認為從地面進行許多系外行星光譜觀測的前景非常廣闊。”
加州理工學院的天體物理學家卡爾·格里爾邁爾稱這項新研究“令人印象深刻，並且可能非常令人興奮的結果”，這可能會激發許多在更大望遠鏡上的後續觀測。 格里爾邁爾說：“雖然地面望遠鏡將始終不得不與我們自身大氣層的遮蔽和不穩定性作鬥爭，但像這樣成功的觀測技術的開發將使我們能夠比以往在太空中擁有的能力投入更大的孔徑來解決問題。”
除了太空觀測站的波長覆蓋範圍之外，在夏威夷拍攝的光譜甚至還發現了一個奇怪的新特徵——在約3.3微米的波長處，出現了來源不明的發射增強。 （一微米是百萬分之一米。）斯溫說：“這完全出乎意料。” “在光譜中，3.3微米處有一個很大的尖峰。 嗯，它本不應該看起來像那樣的。”
儘管這種發射仍然是一個謎，但它可能來自大氣甲烷的熒光，這在我們自己的太陽系中也曾目睹過。 斯溫說：“這將需要更多的測試、更多的觀測和更多的建模來弄清楚到底是怎麼回事。” “這真是一個謎。” 格里爾邁爾指出，結合早期的觀測結果，光譜中神秘的尖峰“開始描繪出一幅比我們之前認為的更加複雜和動態的大氣層圖景。”
對於斯溫和他的合著者來說，在已充分研究其特性的行星上測試他們的方法對於確立地面觀測的有效性至關重要。 斯溫說，如果沒有來自太空的佐證資料，“我認為我們不會相信我們的答案，而且我認為其他人也不會相信。”