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在未来几年中的某一天，如果天文学家最终成功地在太阳系外找到一颗虚拟的地球孪生星——一个位于类太阳恒星温带、适宜生命存在的距离上的微小世界——这项成就绝不是可以躺在观测功劳簿上的时候。相反，另一场竞赛将开始：描述这颗行星及其大气层的特征，并确定这个世界是否真正适宜居住，或者更诱人的是，它是否已经被某种外星生命形式所居住。
与此同时，天文学家正在对最接近的目标——所谓的超级地球——磨练他们的技术。超级地球的质量仅为我们地球质量的几倍，虽然太热而不适宜居住，但本身就非常有趣。为此，一个研究团队设法捕捉到了一颗被其主恒星背光照射的超级地球的光谱。这些测量结果为了解一颗相对较小的行星的大气层提供了前所未有的机会；在其他行星系统中发现的大多数世界都是比木星更庞大的庞然大物。这项研究发表在12月2日出版的《自然》杂志上。（《大众科学》是自然出版集团的一部分。）
少数已知的超级地球，它们的轨道非常幸运地排列成从地球的有利位置凌日——从其主恒星前方经过——，为行星探测提供了一个独特的实验室。当一颗凌日行星在其轨道上移动时，穿过其大气层或从其向阳面反射的星光可以进行光谱测量，以识别单个分子种类。对于一颗潜在的可居住凌日行星，相同的技术可以用来寻找生物活动迹象。（天文学家团队在9月宣布的，后来被竞争对手团队质疑的潜在可居住的超级地球似乎不会凌日，限制了进行如此详细研究的可能性。）
“这是研究这些行星大气层最容易 접근 的方法，”哈佛-史密森天体物理中心的主要研究作者 雅各布·比恩 说。“来自主恒星的光穿过大气层的一部分，化学物质会在光上留下它们的印记。”
比恩和他的同事利用有利的行星排列，测量了 GJ 1214 b 的光谱，这是一颗凌日超级地球，围绕着一颗距离我们约 40 光年的小恒星运行。（这个世界按照惯例以其主恒星 GJ 1214 命名。）这颗系外行星大约是地球宽度的 2.6 倍，质量约为地球的六倍，于 2009 年被发现。
即使 GJ 1214 b 是一颗小行星，当它凌日时，由于其主恒星尺寸很小，只有太阳直径的五分之一，它也会遮挡住其恒星光线中相对较大的部分。而且，额外的好处是，这颗行星相对于其质量而言显得相对宽广，表明存在相当厚的大气层。“1214 b 就像是完美的研究超级地球，”比恩说。
GJ 1214 b 大约每 38 小时凌日一次，从其主恒星前方经过，并通过遮蔽恒星光线约一小时来显示自身。比恩使用位于智利帕拉纳尔山顶的 甚大望远镜的 8.2 米望远镜之一 跟踪了 GJ 1214 b 的两次行星凌日，将观测到的光解析成其各个波长。由此产生的光谱基本上是平滑的，没有任何指示特定分子吸收的尖锐峰值。“它看起来就像一条直线，但这对行星的大气层来说是一个非常强大的约束，”比恩说。
新的研究表明了对 GJ 1214 b 大气层的两种合理的解释，每种解释都对行星的内部构成产生影响。缺乏吸收特征意味着 GJ 1214 b 不可能拥有弥散的氢气大气层，除非它也具有高层云层，可以阻止星光穿透。这可能表明这颗行星是一种迷你海王星——一个包裹在冰和气体中的岩石核心——或者是一个从熔岩中喷射出氢气大气层的类地行星。“后一种选择将非常棒，”比恩在谈到后一种选择时说。另一种解释是致密的水蒸气大气层紧紧地包裹着 GJ 1214 b，可能源于一颗最初是冰球的行星，后来漂移到更靠近其恒星的位置，那里的热量将冰蒸发成水蒸气。
“我们无法区分这两种情景——充满云层的蓬松大气层或致密的水蒸气，”比恩说，尽管他指出，如果确实存在云层，观察更长红外波长下的行星可能会让人 glimpse 云层内部。“我认为在明年之内，我们将开始解开这颗行星的谜团，”他说。
但是，最诱人的 glimpse 将不得不等到找到更适宜居住的世界，也许是通过去年发现 GJ 1214 b 的同一个名为 MEarth 的搜索活动。如果该项目能够找到附近更温和的系外行星，天文学家可以使用詹姆斯·韦伯太空望远镜，NASA 计划最早在 2015 年发射，扫描其大气层中的分子成分，甚至可能是生命迹象。“如果我们能找到这类行星，我们将在未来十年内拥有可用的设施来详细研究它们，”比恩说。