尋找“超級地球”大突破:110光年外行星存在水蒸氣


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倫敦大學學院的研究人員發布了一張電腦生成的圖片,向人們展示了這顆可能適合居住的行星的樣子

英國倫敦大學學院的科學家稱,這顆名為K2-18b的系外行星可能具有與地球大氣性質類似的大氣層,以及適合生物生存的溫度範圍。 K2-18b圍繞著獅子座中的紅矮星K2-18運行,與母恆星的距離比地球離太陽的距離還要近,意味著它的一年更短,33天就能公轉一圈,而地球需要365天。

2015年,美國國家航空航天局(NASA)的開普勒太空望遠鏡首次發現了這顆系外行星。目前的設備只能確定基本的特徵,如它與地球的距離,質量和表面溫度等。倫敦大學學院的科學家開發了先進的工具,通過對哈勃太空望遠鏡2016年和2017年的存檔數據進行深入分析,發現了K2-18b大氣層中獨特的水蒸氣分子特徵,同時也表明其大氣中存在氫和氦。

K2-18b離地球太遠了,天文學家無法直接觀測到,但他們可以觀察K2-18b圍繞母恆星(稱為K2-18)運行時,恆星光線穿過行星大氣層的情況。該研究的作者安傑洛斯·齊阿拉斯(Angelos Tsiaras)博士說:“這是我們所知道的,太陽系外唯一溫度、大氣和水都合適的行星。”

這顆行星大氣層中存在的水蒸氣表明,它很可能是一顆岩石行星,也可能是一個含有大量水的冰冷世界。大多數像這樣的系外行星都是氣態巨行星,類似木星和土星。因此,K2-18b為研究人員提供了一個寶貴的機會,可以研究體積更小的岩石或冰態行星。

“當然,K2-18b並不是第二個地球,”齊阿拉斯博士補充道,“因為它是一個更大的行星,有著不同的大氣組成。它圍繞著一顆完全不同的恆星運行,所以看起來不像地球。尋找可居住的行星非常令人興奮,但我們要時常提醒自己,這裡(地球)是我們唯一的家園,如果我們能去其他行星旅行,或許就會發現(移居)是不可能的。”

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詹姆斯·韋伯太空望遠鏡已經花費了超過70億美元,被認為是環繞軌道運行的哈勃太空望遠鏡的繼任者

儘管K2-18b位於母恆星周圍的適居帶內,但科學家表示,目前還沒有辦法確定這顆行星是否存在生命跡象。考慮到紅矮星K2-18的活動,該行星可能暴露在比地球更多的高能輻射中。 K2-18b的質量約為地球的8倍,因此其表面的重力要比地球表面的重力大得多。研究人員將繼續監測這顆行星,以證實他們的理論,即該行星有能力維持生命。不過,他們不能確定這顆行星上到底有多少水。研究人員表示,K2-18b上的水含量可能低至0.01%,也可能高達50%。相比之下,大約71%的地球表面被水覆蓋。

該研究的合著者英戈·瓦爾德曼(Ingo Waldmann)博士說:“我們不知道K2-18b有多少水,但這些模型清楚地顯示,那裡存在大氣層和水。”此外,研究人員還認為, K2-18b可能存在其他分子,包括氮和甲烷,但目前仍無法進行探測,需要進一步研究來估計其云層覆蓋範圍和大氣中水蒸氣的百分比。

K2-18b是開普勒太空望遠鏡發現的數百個“超級地球”(質量介於地球和海王星之間的系外行星)之一。研究人員花了一年多的時間分析相關的數據,結果發表在近期的《自然-天文學》(Nature Astronomy)雜誌上。他們還表示,很可能還存在類似K2-18b的系外行星。他們希望新的技術,比如將於2021年3月發射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡,能夠更詳細地描述系外行星的大氣層特徵,並解開太陽系之外的更多秘密。無論如何,這一發現使K2-18b成為未來天文研究中最有趣的目標之一。

適居帶

適居帶是指在一個行星系(圍繞某恆星公轉的各種天體的集合)中,可以支持行星存在液態水的軌道範圍。適居帶也被稱為“古迪洛克帶”(Goldilocks Zone),取自兒童童話故事中一個名為古迪洛克的女孩,她喜歡“既不太冷又不太熱”的粥。

想要讓液態水存在於行星表面,來自恆星的溫度就必須“恰到好處”。適居帶的邊界至關重要。如果一顆行星離母恆星太近,就會產生失控的溫室氣體效應,就像金星那樣,完全不適合居住。但如果距離太遠,水就會結冰,就像在火星上看到的情況。

自1953年首次提出這一概念以來,許多恆星都被證明存在一個適居帶,其中一些恆星在這一區域有一顆或幾顆行星,比如2014年發現的“開普勒-186f”(Kepler- 186f)。

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡

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研究人員希望,諸如將於2021年3月發射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡等新技術將能夠解開太陽系之外的更多秘密

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡被稱為“時間機器”,可以幫助揭開我們宇宙的秘密。它將用於觀測135億年前早期宇宙中誕生的第一批星系,並探索恆星、系外行星,甚至我們太陽系中各個衛星和行星的起源。

美國國家航空航天局(NASA)官員表示,該計劃的花費可能將超過國會設定的80億美元的上限。目前,NASA已經投入了70億美元。

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡及其裝載的大多數儀器的工作溫度大約是40k(零下233攝氏度)。按照計劃,它將於2021年發射,屆時將成為世界上體積最大、功能最強大的望遠鏡,能夠觀測到大爆炸後2億年時的宇宙微波背景輻射。

今年1月,詹姆斯·韋伯太空望遠鏡在約翰遜航天中心一個巨大的真空室中成功進行了測試,證明它可以在深太空正常運作。該望遠鏡還經過了100天的低溫測試,以確保它可以在極冷的環境下工作。 (任天)

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