系外类地行星光谱中首次发现水分子

有史以来第一次，天文学家在系外岩石行星的大气层中发现了水蒸气。有趣的是，这颗行星位于其恒星所谓的宜居带中，让它成为银河系中最有希望找到地外生命迹象的地方之一。

由开普勒太空天文台发现的K2-18b行星位于110光年之外。初步扫描表明，这颗系外行星是一颗超级地球，也就是说，它是一颗比地球大的岩石行星，而且具有大气层。这些观测结果，再加上K2-18b位于宜居带——恒星系统中液态水能存在的好位置——内的事实，让它值得进一步的研究。

K2-18b艺术家概念图 图源：ESA/哈勃，M.科恩梅塞

伦敦大学学院的团队用哈勃太空望远镜对K2-18b的大气进行了光谱研究，结果发现了独特的水信号。这一重要发现的细节发表在《自然》杂志上。

“这是我们首次在气态巨行星之外的行星上发现水蒸气。”这项新研究的作者之一、伦敦大学学院的天文学家安吉洛斯·钱雅拉斯在举行的新闻电话会议上宣布，“这是第一次在宜居带内探测到这种行星，也是我们已知存在水分的唯一一颗太阳系外的[类地]行星。”他补充道：“它是我们目前知道的最可能适合人类居住的地方。”

以前，系外行星中曾发现过水蒸气，但只限于气态巨行星。K2-18b有很小可能性是一颗冰冻巨行星，类似海王星或天王星，但它是超级地球的可能性更大。天文学家们只能看到这颗系外行星的上层大气，但它的体积是地球的两倍,质量是地球的八倍。重要的是，它的密度与火星差不多，是典型气态巨行星的三倍。这让科学家们得出结论：K2-18b可能是颗类地行星，有个固态岩石核心。

图源：americaspace

K2-18b围绕着一颗暗淡的红矮星运行，只需33天就绕母恒星一周。距离恒星这么近，听上去K2-18b不像在宜居带内，但由于红矮星的辐射较小，与我们这样的恒星系相比，它们的宜居带离恒星近得多。研究人员在新闻发布会上指出，K2-18b接受的辐射量与地球差不多，其温度也与我们在这里感受到的差不多。

遗憾的是，由于红矮星常常产生异常强烈且频繁的恒星耀斑，通常认为环绕其的系外行星很可能不宜居住。钱雅拉斯在新闻发布会上指出，与地球相比，K2-18b上的条件可能“更加恶劣”。

恒星耀斑 图源：phys

哈勃望远镜观测到了清晰的水信号，但伦敦大学学院的研究人员并不确定K2-18b的大气中有多少水，也不确定它的表面是否存在液态水。通过一系列建模，科学家们指出，K2-18b的大气的含水量可能少至0.01%，或者多达50%。

这显然是个巨大的差异。

研究报告的另一位作者乔瓦娜·迪内提在回答小发明网站对此提出的问题时解释说，之所以会有如此大的差距，是因为哈勃望远镜只能探测到光谱里的水信号，而“与其他分子相比，很难定量计算水的含量”。但迪内提在新闻发布会上说，“无论含水量是多是少”，信号都“非常强烈”。她说，未来的研究将致力于减小这一巨大的差异。

图源：NASA

超级地球一个有趣的特征是，它们大多数可能是水世界——全球完全被深海覆盖的类地行星。当小发明网站问迪内提K2-18b是否可能是个水世界时，她说，考虑到模型的结果，“可能性很大”，但目前的数据既不能证实也不能排除这种情况。

哈佛大学的行星科学家李曾没有参与这项新研究，他在电子邮件中对小发明网站说，这个结果“并不令人意外”，因为他预计许多与K2-18b大小相似的系外行星“内部的主要成分是水”。他说，新发现与他自己的研究一致。今年早些时候，李和他的同事提岀的证据表明，超级地球水世界里可能有数百甚至数千公里深的海洋。

除了水外,哈勃还发现了氢的痕迹，这一发现引起了沃维克大学物理学家、系外行星大气研究专家汤姆·劳登的兴趣。劳登说，新论文的结果“当然令人兴奋”，而且“对确定系外行星大气的演化史相当重要。”然而，与此同时，这一新发现可能会给该行星孕育生命的能力造成负面影响，劳登说，他没有参与这项新研究。

图源：syfy

劳登在给小发明网站的电子邮件中说：“结果表明，K2-18b这颗行星保留了部分，或者可能是全部的‘原始大气′，这层大气由行星形成过程中[收集的]氢氦组成。这表明，恒星的辐射不够强烈，未能有效地剥离行星的大气，这对这类恒星周围类似地球的行星而言可能是个好消息，因为这可能意味着它们的大气可以保持稳定。我们认为应该有很多这样的行星。

与此同时，这一消息也可能让行星变得不宜居住。他说，如果“大多数行星一开始就有很大一个由氢氦组成的大气层，而又难以使之散逸，复杂生命的发展可能会变得更加困难——在这个阶段，我们只是知道得不够多。”

新闻发布会上，英戈·瓦达曼提到了原始气体对K2-18b孕育生命能力的影响。

图源：salon

“含氢的大气层也可以居住。”他说，没有理由认为这不符合理论模型。他指出，我们目前对可居住性存在偏见，非常“以地球为中心”，考虑到地球是我们唯一所知的宜居星球，这很合理。因此，瓦达曼说，应该把宜居性扩展到富氢大气层的背景下，再进行未来的研究。

显然，就承载生命的能力而言，K2-18b是一个好坏参半的组合。

图源：edgy

和地球一样,它气候温和，有个岩石核心，存在水。缺点是K2-18b围绕着一颗可能不利的红矮星运行，大气中充满了原始气体——更不用说它比地球大得多的体积和质量了，就宜居性而言，这是一个未知变量。

在未来的研究中，这颗系外行星是个奇妙而又令人干着急的课题，但有一件事仍然非常清晰：我们还在继续寻找着和地球真正相似的行星。

作者：George Dvorsky

FY：Alkaid虞

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