Fråga de flesta vad de skulle behöva för att hitta planeter som kretsar kring avlägsna stjärnor, och väldigt få kommer att lista en flaska jod.

Men det elementet spelar en viktig roll i sökandet efter extrasolära planeter (exoplaneter) i form av anordningar som kallas "jodabsorptionsceller":förseglade glascylindrar ungefär lika stora som en soppburk som innehåller en tunn gas av jodmolekyler.

Gasens optiska egenskaper - noggrant uppmätt vid National Institute of Standards and Technology (NIST) - fungerar som ett oändligt riktmärke för att detektera fluktuationer i ljus från avlägsna stjärnor som orsakas av planeter som kretsar. Analys av dessa fluktuationer har varit ansvarig för upptäckten av mer än 500 exoplaneter hittills.

Varje cell måste kalibreras noggrant individuellt. "Jag har kommit hit i 15 år, gör precis det "sa den berömda exoplanetjägaren Paul Butler från Carnegie Institution of Washington, skapare av den ursprungliga jodcellen. Han tar med sina celler till NIST för kalibrering vartannat år - senast i början av oktober, 2017 — att få dem kontrollerade med NIST:s Fourier-transform-spektrometer (FTS), som mäter spektraldetaljer till extremt hög noggrannhet.

Instrumentet, som sitter inuti en vakuumkammare så stor som en skåpbil, "är fortfarande världens bästa FTS, "Sa Butler.

FTS används för många applikationer, inklusive stöd för en av de två huvudmetoderna för att upptäcka exoplaneter. Den första är att titta på en stjärna och se om dess ljusflöde dämpas regelbundet när en planet passerar framför den. Den typen av anpassning är sällsynt, och bäst sett från rymdbaserade instrument som Kepler-teleskopet.

NIST -kalibreringar påverkar den andra metoden, som bygger på Doppler -effekten. Det är det som får en ambulanssirens tonhöjd att stiga när den kommer mot dig, och faller när det rör sig bort. Samma effekt som uppstår i ljudvågor kan sträcka eller komprimera de elektromagnetiska vågorna som utgör spektrumet av ljus som kommer från en stjärna när den närmar sig eller avtar från jorden.

Varför skulle en stjärna röra sig så? Anledningen är att det inte är helt sant att säga att en planet kretsar kring en stjärna. Faktiskt, båda kretsar kring deras gemensamma masscentrum. (Se animation.) Ju mer massiv planeten, desto större är stjärnans rörelse. När stjärnan rör sig mot jorden, stjärnans spektrum förskjuts mot kortare (blåare) våglängder; när det går bort, spektrumet sträcks mot längre (rödare) våglängder. Genom att mäta mängden och frekvensen av dessa Doppler -skift, forskare kan bestämma förekomsten av en planet 100 eller fler ljusår bort och beräkna dess massa.

Men effekterna är extremt små. Till exempel, Jordens gravitationsattraktion orsakar solen - med en massa 333, 000 gånger större, och volym 1,3 miljoner gånger större - för att röra sig cirka 10 centimeter (4 tum) per sekund. Astronomer kan inte mäta en så liten effekt, men de kan mäta stjärnor som rör sig med endast 1 meter (39 tum) per sekund. Om, det är, de har något att mäta det mot.

"Dopplerspektroskopi är ett mycket flexibelt sätt att upptäcka planeter, "sa NIST -fysikern Gillian Nave, som hanterar FTS -verksamheten. "Men allt rör sig - stjärnan, jorden, ditt teleskop. Så, det du behöver är pålitligt, fast referens. Vi måste kunna mäta Doppler -skiftet av stjärnans ljus till några delar på en miljard. Du pratar om en enorm stjärna som rör sig i den hastighet som någon går. "

Ett sätt att göra det är att jämföra variationer i stjärnans ljus med ett väldefinierat referensspektrum, tillhandahålls av ljus som sänds ut av speciella lampor - ofta kalibrerade vid NIST - och sedan dirigeras in i mätinstrumentet med optisk fiber.

Det andra sättet använder jodceller. När den placeras mellan ett teleskop och en spektrograf, jodmolekylerna absorberar specifika våglängder, subtrahera dem från stjärnans inkommande ljus. Det absorptionsspektrumet - som är känt exakt från kalibreringen - förändras inte medan Doppler -förändringar sker i stjärnans ljus över tiden. En gång kalibrerad, en cell kan fungera som referens på teleskopet i årtionden.

Jod är väl lämpad för uppgiften eftersom den bara har en naturligt förekommande isotop, ger mycket skarpa linjer, och absorberar våglängder i det synliga intervallet från grönt till orange där stjärnrörelse lätt kan detekteras. "Det är bara denna otroliga intensiva skog med tusentals linjer, "Sa Butler.

Vid NIST:s FTS, ljuset från stjärnan ersätts med ljus från en xenonlampa med hög intensitet, producerar ett vitt ljus spektrum utan några skarpa linjer. Alla spektraldetaljer är resultatet av jodabsorption, inte bakgrundskällan. Källjuset filtreras ner till området för jodlinjerna, minska buller i det slutliga resultatet. Den går sedan genom cellen till FTS, som kan spela in spektrallinjernas positioner till några delar på en miljard. Varje cell tar ungefär 30 minuter att mäta. Celler som kännetecknas av NIST har skickats till teleskop på Hawaii, Chile, och Australien, med några av de nya cellerna som går till ett teleskop i Sydafrika.

"Jag vet inte exakt hur många planeter jag har upptäckt, "Sa Butler, "det är flera hundra." Och han letar fortfarande efter mer på olika teleskop utrustade med sina jodabsorberingsceller.

"Men, " han sa, "dessa saker fungerar inte utan Gillians magi."