有史以來第一次，天文學家在系外岩石行星的大氣層中發現了水蒸氣。有趣的是，這顆行星位於其恆星所謂的宜居帶中，讓它成為銀河系中最有希望找到地外生命跡象的地方之一。
由開普勒太空天文臺發現的K2-18b行星位於110光年之外。初步掃描表明，這顆系外行星是一顆超級地球，也就是說，它是一顆比地球大的岩石行星，而且具有大氣層。這些觀測結果，再加上K2-18b位於宜居帶——恆星系統中液態水能存在的好位置——內的事實，讓它值得進一步的研究。
K2-18b藝術家概念圖 圖源：ESA/哈勃，M.科恩梅塞
倫敦大學學院的團隊用哈勃太空望遠鏡對K2-18b的大氣進行了光譜研究，結果發現了獨特的水信號。這一重要發現的細節發表在《自然》雜誌上。
“這是我們首次在氣態巨行星之外的行星上發現水蒸氣。”這項新研究的作者之一、倫敦大學學院的天文學家安吉洛斯·錢雅拉斯在舉行的新聞電話會議上宣佈，“這是第一次在宜居帶內探測到這種行星，也是我們已知存在水分的唯一一顆太陽系外的[類地]行星。”他補充道：“它是我們目前知道的最可能適合人類居住的地方。”
以前，系外行星中曾發現過水蒸氣，但只限於氣態巨行星。K2-18b有很小可能性是一顆冰凍巨行星，類似海王星或天王星，但它是超級地球的可能性更大。天文學家們只能看到這顆系外行星的上層大氣，但它的體積是地球的兩倍,質量是地球的八倍。重要的是，它的密度與火星差不多，是典型氣態巨行星的三倍。這讓科學家們得出結論：K2-18b可能是顆類地行星，有個固態岩石核心。
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K2-18b圍繞著一顆暗淡的紅矮星運行，只需33天就繞母恆星一週。距離恆星這麼近，聽上去K2-18b不像在宜居帶內，但由於紅矮星的輻射較小，與我們這樣的恆星系相比，它們的宜居帶離恆星近得多。研究人員在新聞發佈會上指出，K2-18b接受的輻射量與地球差不多，其溫度也與我們在這裡感受到的差不多。
遺憾的是，由於紅矮星常常產生異常強烈且頻繁的恆星耀斑，通常認為環繞其的系外行星很可能不宜居住。錢雅拉斯在新聞發佈會上指出，與地球相比，K2-18b上的條件可能“更加惡劣”。
恆星耀斑 圖源：phys
哈勃望遠鏡觀測到了清晰的水信號，但倫敦大學學院的研究人員並不確定K2-18b的大氣中有多少水，也不確定它的表面是否存在液態水。通過一系列建模，科學家們指出，K2-18b的大氣的含水量可能少至0.01%，或者多達50%。
這顯然是個巨大的差異。
研究報告的另一位作者喬瓦娜·迪內提在回答小發明網站對此提出的問題時解釋說，之所以會有如此大的差距，是因為哈勃望遠鏡只能探測到光譜裡的水信號，而“與其他分子相比，很難定量計算水的含量”。但迪內提在新聞發佈會上說，“無論含水量是多是少”，信號都“非常強烈”。她說，未來的研究將致力於減小這一巨大的差異。
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超級地球一個有趣的特徵是，它們大多數可能是水世界——全球完全被深海覆蓋的類地行星。當小發明網站問迪內提K2-18b是否可能是個水世界時，她說，考慮到模型的結果，“可能性很大”，但目前的數據既不能證實也不能排除這種情況。
哈佛大學的行星科學家李曾沒有參與這項新研究，他在電子郵件中對小發明網站說，這個結果“並不令人意外”，因為他預計許多與K2-18b大小相似的系外行星“內部的主要成分是水”。他說，新發現與他自己的研究一致。今年早些時候，李和他的同事提岀的證據表明，超級地球水世界裡可能有數百甚至數千公里深的海洋。
除了水外,哈勃還發現了氫的痕跡，這一發現引起了沃維克大學物理學家、系外行星大氣研究專家湯姆·勞登的興趣。勞登說，新論文的結果“當然令人興奮”，而且“對確定系外行星大氣的演化史相當重要。”然而，與此同時，這一新發現可能會給該行星孕育生命的能力造成負面影響，勞登說，他沒有參與這項新研究。
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勞登在給小發明網站的電子郵件中說：“結果表明，K2-18b這顆行星保留了部分，或者可能是全部的‘原始大氣′，這層大氣由行星形成過程中[收集的]氫氦組成。這表明，恆星的輻射不夠強烈，未能有效地剝離行星的大氣，這對這類恆星周圍類似地球的行星而言可能是個好消息，因為這可能意味著它們的大氣可以保持穩定。我們認為應該有很多這樣的行星。
與此同時，這一消息也可能讓行星變得不宜居住。他說，如果“大多數行星一開始就有很大一個由氫氦組成的大氣層，而又難以使之散逸，複雜生命的發展可能會變得更加困難——在這個階段，我們只是知道得不夠多。”
新聞發佈會上，英戈·瓦達曼提到了原始氣體對K2-18b孕育生命能力的影響。
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“含氫的大氣層也可以居住。”他說，沒有理由認為這不符合理論模型。他指出，我們目前對可居住性存在偏見，非常“以地球為中心”，考慮到地球是我們唯一所知的宜居星球，這很合理。因此，瓦達曼說，應該把宜居性擴展到富氫大氣層的背景下，再進行未來的研究。
顯然，就承載生命的能力而言，K2-18b是一個好壞參半的組合。
圖源：edgy
和地球一樣,它氣候溫和，有個岩石核心，存在水。缺點是K2-18b圍繞著一顆可能不利的紅矮星運行，大氣中充滿了原始氣體——更不用說它比地球大得多的體積和質量了，就宜居性而言，這是一個未知變量。
在未來的研究中，這顆系外行星是個奇妙而又令人乾著急的課題，但有一件事仍然非常清晰：我們還在繼續尋找著和地球真正相似的行星。
作者：George Dvorsky
FY：Alkaid虞
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