詹姆斯·韦伯太空望远镜成为太阳系外探索的眼睛

詹姆斯·韦伯太空望远镜发现，系外行星表面可能被海洋覆盖

所谓的氢海行星k2 - 18b大约是地球大小的两倍，在距离太阳系120光年的一颗恒星的可居住区内运行。

系外行星k2 - 18b的图示，该行星位于其恒星的宜居带，目前已知其大气中含有碳基分子。

(图片来源:国家航空航天局, 航天局, 加拿大标准协会, 约瑟夫﹒奥姆斯特德空间望远镜研究所)

詹姆斯·韦伯太空望远镜( 詹姆斯·韦伯空间望远镜)在一个疑似海洋世界的大气中发现了碳基分子的证据。这颗被称为k2 - 18b的太阳系外行星是天文学家寻找太阳系外生命的一个诱人的目标，之前的研究和哈勃太空望远镜的观测表明，这颗行星可能是一个充满液态水的海洋或“氢海”世界，液态水是生命的重要组成部分。k2 - 18b的半径是地球的2到3倍，距离太阳系120光年。

检测到k2 - 18b的大气中有二氧化碳和甲烷的痕迹，但没有氨，可能液态水存在于富氢大气下。

该研究的主要作者、剑桥大学科学家麦杜苏德汉在一份声明中说: “我们的发现强调了在寻找其他地方生命时考虑多样化宜居环境的重要性。”“传统上，在系外行星上寻找生命主要集中在较小的岩石行星上，但较大的氢海世界明显更有利于大气观测。”

这是太阳系外存在生命的证据吗?

除了碳分子外， 詹姆斯·韦伯空间望远镜还发现，k2 - 18b的大气中可能存在更令人兴奋的东西。

太空望远镜似乎探测到了二甲基硫化物(DMS)，它在地球上只作为生命的副产品，由浮游植物产生。研究小组对这一发现持谨慎态度，因为它远不如碳分子的存在那么确定。“即将到来的韦伯观测应该能够确认DMS是否确实在k2 - 18b的大气中大量存在，”麦杜苏德汉解释说。

当涉及到外星生命的推测时，这种谨慎的意识必须应用到k2 - 18b的发现中。即使这颗行星有液态水海洋和含有碳分子的大气，也不一定意味着它有生命，或者这颗系外行星甚至可能支持生命存在。

这颗行星的宽度大约是地球的2.6倍，它的大小意味着它的内部含有类似海王星的高压冰，但大气层更薄，表面有海洋。这意味着这颗行星可能会蒸发掉液态水，使其海洋太热而无法生存。

詹姆斯·韦伯太空望远镜是如何透视海洋世界的

韦伯的近红外成像仪和无缝光谱仪(NIRISS)和近红外光谱仪(NIRSpec)获得的k2 - 18b的光谱显示，系外行星大气中存在丰富的甲烷和二氧化碳，同时可能检测到一种称为二甲基硫化物(DMS)的分子。探测到甲烷和二氧化碳，以及氨的缺乏，这与k2 - 18b富含氢的大气层下存在海洋的结论是一致的。k2 - 18b的质量是地球的8.6倍，在宜居带围绕低温矮星K2-18运行，距离地球120光年。(图片来源:国家航空航天局, 加拿大标准协会, 航天局,奥姆斯特德（空间望远镜研究所）， 麦杜苏德汉(剑桥大学))

评估像k2 - 18b这样的遥远星球的大气成分并不是一件容易的事，因为与来自其母星的光相比，它们的大气反射的光非常微弱。麦杜苏德汉和他的团队通过k2 - 18b从 詹姆斯·韦伯空间望远镜穿过其恒星的表面来实现这一目标。它的母恒星的光将直接穿过行星的大气层。

化学元素和化合物吸收并发射特定波长的光，当它们在行星的大气层中或穿过大气层时，会在星光上留下独特的“指纹”——恒星的“光谱”。

麦杜苏德汉解释说:“这一结果之所以成立，因为詹姆斯·韦伯空间望远镜的波长范围扩大了，灵敏度前所未有，仅用两次凌日就能检测到光谱特征。”“相比之下， 詹姆斯·韦伯空间望远镜的一次凌日观测提供了与哈勃望远镜在几年时间里在相对较窄的波长范围内进行的八次观测相当的精度。”

研究小组的发现反映了詹姆斯·韦伯空间望远镜在k2 - 18b两次穿越其母星表面时收集的数据。对这颗系外行星的更多观测正在进行中，团队认为，他们迄今为止证明了詹姆斯·韦伯空间望远镜的力量，仅仅一次凌日就能提供哈勃望远镜8次类似穿越所能获得的数据。

该团队现在将继续用詹姆斯·韦伯空间望远镜，特别是它的中红外仪器(MIRI)观察k2 - 18b，因为他们的目标是验证他们的发现，并收集更多关于系外行星环境条件的信息。

麦杜苏德汉总结道:“我们的最终目标是在一颗可居住的系外行星上发现生命，这将改变我们对我们在宇宙中的位置。”“在这一探索中，我们的发现是朝着更深入地了解海洋世界迈出的有希望的一步。”

该团队的研究已被发表在《天体物理学杂志通讯》上。

BY:Robert Lea

FY: Jane

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