美國(guó)國(guó)家航空航天局（以下稱(chēng)之為NASA）詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡對(duì) K2-18 b 一顆質(zhì)量是地球 8.6 倍的系外行星進(jìn)行的一項(xiàng)新調(diào)查揭示了含碳分子的存在，包括甲烷和二氧化碳。韋伯的發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充了最近的研究，表明 K2-18 b 可能是一顆海鯨系外行星，它有可能擁有富含氫的大氣層和被水和海洋覆蓋的表面。
對(duì)這顆宜居帶系外行星大氣特性的首次了解來(lái)自NASA哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)，這促使進(jìn)一步的研究改變了我們對(duì)該系統(tǒng)的理解。
K2-18 b 圍繞宜居帶內(nèi)的冷矮星 K2-18 運(yùn)行，位于獅子座，距地球 120 光年。K2-18 b 等系外行星的大小介于地球和海王星之間，與太陽(yáng)系中的任何行星都不同。附近缺乏類(lèi)似的行星意味著人們對(duì)這些“亞海王星”知之甚少，而且它們大氣層的性質(zhì)也是天文學(xué)家們爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。
海王星以下的 K2-18 b 可能是海鯨系外行星的說(shuō)法很有趣，因?yàn)橐恍┨煳膶W(xué)家認(rèn)為這些世界是尋找系外行星生命存在證據(jù)的有希望的環(huán)境。
劍橋大學(xué)天文學(xué)家、宣布這些結(jié)果的論文的主要作者 Nikku Madhusudhan 解釋說(shuō)：“我們的研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了在尋找其他地方生命時(shí)考慮不同的宜居環(huán)境的重要性。” “傳統(tǒng)上，在系外行星上尋找生命主要集中在較小的巖石行星上，但較大的海西亞世界顯然更有利于大氣觀測(cè)?！?/p>
豐富的甲烷和二氧化碳以及氨的短缺支持了這樣的假設(shè)：K2-18 b 的富氫大氣層下可能存在水海洋。這些最初的韋伯觀測(cè)結(jié)果還提供了一種可能檢測(cè)到二甲硫醚 (DMS) 分子的可能性。在地球上，這只能由生命產(chǎn)生。地球大氣中的大部分 DMS 是由海洋環(huán)境中的浮游植物排放的。
DMS 的推論不夠穩(wěn)健，需要進(jìn)一步驗(yàn)證。“即將進(jìn)行的韋伯觀測(cè)應(yīng)該能夠確認(rèn) K2-18 b 大氣中是否確實(shí)存在顯著水平的 DMS，”Madhusudhan 解釋道。
雖然 K2-18 b 位于宜居帶，并且現(xiàn)在已知含有含碳分子，但這并不一定意味著這顆行星可以支持生命。這顆行星的體積很大——半徑是地球半徑的2.6倍——意味著這顆行星的內(nèi)部可能包含一個(gè)像海王星一樣的高壓冰地幔，但具有更薄的富氫大氣層和海洋表面。據(jù)預(yù)測(cè)，海斯世界將擁有海洋。然而，海洋也可能太熱而無(wú)法居住或成為液體。
卡迪夫大學(xué)的團(tuán)隊(duì)成員蘇巴吉特·薩卡解釋說(shuō)：“雖然我們的太陽(yáng)系中不存在這種行星，但亞海王星是迄今為止銀河系中已知的最常見(jiàn)的行星類(lèi)型。” “我們已經(jīng)獲得了迄今為止最詳細(xì)的宜居帶亞海王星光譜，這使我們能夠計(jì)算出其大氣中存在的分子?！?/p>
甲烷和二氧化碳的檢測(cè)以及氨的短缺支持了 K2-18 b 富氫大氣層下可能存在水海洋的假設(shè)。
K2-18 b 的質(zhì)量是地球的 8.6 倍，繞著宜居帶中的冷矮星 K2-18 運(yùn)行，距離地球 120 光年。
描述像 K2-18 b 這樣的系外行星的大氣特征——意味著識(shí)別它們的氣體和物理?xiàng)l件——是天文學(xué)中一個(gè)非常活躍的領(lǐng)域。然而，這些行星的光芒實(shí)際上被它們更大的母恒星的光芒所掩蓋，這使得探索系外行星的大氣層變得特別具有挑戰(zhàn)性。
研究小組通過(guò)分析 K2-18 b 母星穿過(guò)系外行星大氣層時(shí)發(fā)出的光來(lái)避開(kāi)這一挑戰(zhàn)。K2-18 b 是一顆凌日系外行星，這意味著我們可以在它經(jīng)過(guò)主恒星表面時(shí)檢測(cè)到亮度下降。這就是 2015 年 NASA 的 K2 任務(wù)首次發(fā)現(xiàn)這顆系外行星的方式。這意味著在凌日期間，一小部分星光將穿過(guò)系外行星的大氣層，然后到達(dá)像韋伯這樣的望遠(yuǎn)鏡。星光穿過(guò)系外行星大氣層時(shí)留下的痕跡，天文學(xué)家可以將其拼湊起來(lái)以確定系外行星大氣層中的氣體。
Madhusudhan 表示：“這一結(jié)果之所以成為可能，是因?yàn)?Webb 具有擴(kuò)展的波長(zhǎng)范圍和前所未有的靈敏度，只需兩次凌日即可實(shí)現(xiàn)對(duì)光譜特征的穩(wěn)健檢測(cè)。” “相比之下，韋伯望遠(yuǎn)鏡的一次凌日觀測(cè)提供了與哈勃望遠(yuǎn)鏡幾年來(lái)在相對(duì)較窄的波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行的八次觀測(cè)相當(dāng)?shù)木??！?/p>
劍橋大學(xué)的團(tuán)隊(duì)成員薩瓦斯·康斯坦丁努 (Savvas Constantinou) 解釋說(shuō)：“這些結(jié)果只是對(duì) K2-18 b 的兩次觀測(cè)的結(jié)果，還有更多觀測(cè)結(jié)果?！薄斑@意味著我們?cè)谶@里的工作只是韋伯可以做什么的早期演示。在宜居帶系外行星中進(jìn)行觀察。”
該團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果被《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》接受發(fā)表。
該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在打算利用望遠(yuǎn)鏡的 MIRI（中紅外儀器）攝譜儀進(jìn)行后續(xù)研究，他們希望進(jìn)一步驗(yàn)證他們的發(fā)現(xiàn)，并為 K2-18 b 的環(huán)境條件提供新的見(jiàn)解。
馬杜蘇丹總結(jié)道：“我們的最終目標(biāo)是在一顆宜居系外行星上識(shí)別生命，這將改變我們對(duì)宇宙中位置的理解。” “我們的發(fā)現(xiàn)是在這一探索中朝著更深入地了解海斯世界邁出的有希望的一步?！?/p>
詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡是世界上首屈一指的太空科學(xué)天文臺(tái)。韋伯正在解開(kāi)太陽(yáng)系中的謎團(tuán)，展望其他恒星周?chē)倪b遠(yuǎn)世界，并探索宇宙的神秘結(jié)構(gòu)和起源以及我們?cè)谄渲械奈恢?。韋伯是一個(gè)由 NASA 及其合作伙伴 ESA（歐洲航天局）和加拿大航天局領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際計(jì)劃。
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