天文学家使用哈勃太空望远镜在其恒星宜居带的系外行星大气中发现了水。如果得到证实,这将是我们第一次在系外行星上检测到水——我们所知的生命的关键成分。水在大气中被检测为蒸气,但行星的温度意味着它可以在其表面维持液态水,如果它是岩石的话。
这颗行星被称为 K2-18b,距离我们大约 110 光年。这个星球与地球有很大不同。它是 超级地球 ,它是地球的两倍大,质量是地球的 8 倍左右。 K2-18b 围绕一颗红矮星运行,它于 2015 年由开普勒太空望远镜首次发现。
“在地球以外的潜在宜居星球上寻找水是非常令人兴奋的。”
博士。 Angelos Tsiaras(伦敦大学学院空间外化学数据中心,CSED)
英国伦敦大学学院空间外化学数据中心的天文学家在哈勃太空望远镜的广角相机 3 的数据中发现了这一发现。他们的结果发表在一篇题为“ 宜居带八地球质量行星 K2-18 b 大气中的水蒸气 “ 出版于 自然天文学 .该检测基于系外行星大气中水的光谱特征。
在一个 新闻稿 ,第一作者 Angelos Tsiaras 博士(伦敦大学学院空间外化学数据中心,CSED)说:“在地球以外的潜在宜居星球上寻找水是非常令人兴奋的。 K2-18b 不是“地球 2.0”,因为它重得多并且具有不同的大气成分。然而,它让我们更接近回答基本问题:地球是独一无二的吗?”
这一发现背后的团队开发了算法,并通过它们运行了 2016 年和 2017 年的存档哈勃数据。他们分析了这颗红矮星穿过系外行星大气层时发出的星光。他们发现了水以及氢和氦的分子特征。
使用哈勃数据,科学家们分析了通过 K2-12b 大气过滤的星光,并发现了水的化学特征。图片:美国宇航局
这些结果尚未得到证实,但如果它们得到证实,其含义是耐人寻味的。科学家认为,像这样的超级地球是银河系中最常见的行星类型。而像 K2-18b 轨道这样的红矮星是最常见的恒星类型。它们也是最酷、最长寿的,同时也是最小的。这表明可能有更多类似的系外行星。
开普勒发现了数百颗超级地球,它们是质量介于地球和海王星之间的行星,预计 NASA 的 TESS 还会发现数百颗。根据这篇新论文的合著者 Ingo Waldmann 博士的说法,这预示着寻找可能适合居住的系外行星。
在一个 新闻稿 沃尔德曼博士说:“预计在未来几十年内会发现如此多的新超级地球,这很可能是首次发现许多潜在的宜居行星。这不仅是因为像 K2-18b 这样的超级地球是我们银河系中最常见的行星,还因为红矮星——比太阳还小的恒星——是最常见的恒星。”
这个星球的一年非常短。完成一个轨道只需要33天。研究人员认为 K2-18b 要么是一颗岩石行星,要么是一颗冰冷的行星。如果它是冰的,它的内部可能有大量的水。但这些只是初步结果。
“这项研究有助于我们了解太阳系以外的宜居世界,并标志着系外行星研究的新时代……”
博士。 ANGELOS TSIARAS(UCL 空间外化学数据中心,CSED)
这组作者说,大气中可能还含有氮和甲烷,这两种与生命有关的化学物质。但不幸的是,他们无法检测到它们。这将不得不等待进一步的研究,这也将使他们能够估计云量和大气中水的百分比。
K2-12b 非常靠近它的恒星,但由于红矮星的能量不如我们的太阳,因此系外行星从我们的太阳接收的能量与地球一样多。天文学家的计算表明它的温度与地球相似:大约在 -72 摄氏度到 47 摄氏度(-99 华氏度到 116 华氏度)的范围内。
这些都是令人兴奋的结果,但是这颗系外行星上的生命前景并不乐观。尽管这颗行星本身位于恒星的宜居带,但它所环绕的恒星可能不太适合居住。红矮星可以发出大量耀斑,所有这些能量都会严重限制生命的潜力。
一位艺术家对一颗矮星上的超级耀斑事件的构想。天文学家不知道 K2-12b 的主星有多活跃,但红矮星可能非常活跃且不可预测。图片来源:Mark Garlick/华威大学
另一方面,K2-12b 有大气层这一事实令人兴奋,尤其是因为它含有大量氢。大气层可以保护行星免受恒星辐射,就像地球一样。如果这颗行星的大气以氢为主,氢很轻,很容易被恒星辐射消散,这表明在某些方面,K2-12b 可能受到保护,即使它绕着一颗红矮星运行。
K2-12b 和其他超级地球的大小也是有利于宜居的一个因素。 “水可以停留很长时间,因为超级地球可以更长时间地保留其大气层,因为它们具有更大的引力,”该论文的合著者乔瓦娜·蒂内蒂 (Giovanna Tinetti) 在一次新闻发布会上说。
“这项研究有助于我们了解太阳系以外的宜居世界,标志着系外行星研究进入了一个新时代,这对于最终将我们唯一的家园地球置于更广阔的宇宙图景中至关重要,”Tsiaras 博士说。
地球是独一无二的吗?这个问题没有快速答案,但像这样的研究最不能帮助我们了解地球相对于系外行星的数量。图片来源:GOES-17/NOAA/NASA
这一发现需要后续观察来证实。我们还需要更好的望远镜来更详细地研究它的大气层,以及其他系外行星的大气层。地平线上的两台望远镜将完成这项工作。这 詹姆斯韦伯太空望远镜 将有强大的能力来检查系外行星的大气层,这实际上是理解开普勒发现的所有系外行星的下一步,苔丝也将发现这些系外行星。
欧空局的 爱丽儿 (大气遥感红外系外行星大调查)任务将于2028年启动,将对大约1000颗系外行星的大气进行详细研究。 ARIEL 和 JWST 将使我们更好地了解 K2-12b 和类似的系外行星。
我们已经等了很长时间了 JWST。它有能力检查非常遥远行星的大气层。詹姆斯韦伯太空望远镜位于休斯顿美国宇航局约翰逊航天中心的洁净室内。图片来源:NASA/JSC
ARIEL 的合著者兼首席研究员 Giovanna Tinetti 教授(UCL CSED)说:“我们的发现使 K2-18b 成为未来研究中最有趣的目标之一。已探测到 4000 多颗系外行星,但我们对其组成和性质知之甚少。通过观察大量行星样本,我们希望揭示有关它们的化学、形成和演化的秘密。”
“真正了解在富含氢的大气中宜居性如何演变,将成为未来 10 年的一个非常激烈的研究课题,”沃尔德曼说。
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- 研究论文: 宜居带八地球质量行星 K2-18 b 大气中的水蒸气
- 美国宇航局新闻稿: 美国宇航局的哈勃望远镜第一次在宜居带系外行星上发现水蒸气
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