行星K2-18b正繞著母恒星：一顆暗淡的紅矮星旋轉(zhuǎn)。這是目前已知的第一顆大氣層中含有水蒸氣的系外行星。
天文學家一直在孜孜不倦地研究著太陽系以外的世界，如今哈勃望遠鏡終于帶來的一個振奮人心的好消息！數(shù)據(jù)顯示，在一顆和地球差不多大小的行星的大氣層中，存在水蒸氣。雖然這顆系外行星所圍繞的母恒星比我們的太陽要小，但它恰好位于這個恒星的宜居帶。所謂宜居帶，指的是恒星周圍的一定距離范圍，在這一范圍內(nèi)，溫度足以讓水以液態(tài)形式存在于行星表面。
經(jīng)過對系外行星K2-18b的多年觀測，本周，兩項獨立研究宣布了這一發(fā)現(xiàn)。K2-18b是一顆超級地球，距離我們的太陽系111光年。2015年，NASA的開普勒太空飛船發(fā)現(xiàn)了它。與地球不同的是，它的質(zhì)量是地球的8倍，這意味著它不是像海王星那樣的冰態(tài)巨行星，就是大氣中富含氫的巖石世界。
K2-18b與母恒星的距離更近，地球到太陽的距離是其7倍。但因為它圍繞著暗淡的M型紅矮星，這個軌道距離恰恰處于可能的宜居帶。初步模型預測，K2-18b的有效溫度在-73度至47度之間，如果它的反射性與地球相仿的話，那么平衡溫度和地球大致一樣。
研究人員在這種類型的行星上發(fā)現(xiàn)了水，這意味著在太陽系之外找到宜居的世界有望成為現(xiàn)實！
倫敦大學學院的天文學家、此次研究之一的合著者Angelos Tsiaras在新聞發(fā)布會上說：“這是太陽系之外，我們已知的唯一一顆溫度適宜、能留住水的行星。它有大氣層，大氣層里有水，是目前最適合居住的超級地球?！?/p>
光的秘密
在過去二十年里，天文學領(lǐng)域發(fā)生了翻天覆地的變化。1992年，人類第一次發(fā)現(xiàn)系外行星，它們圍繞著遙遠的恒星默默地運行著。自那之后，科學家已經(jīng)記錄了上千顆系外行星：有一些顯示有大氣層存在的跡象。
在其中一部分星球上，天文學家甚至發(fā)現(xiàn)了大氣層水蒸氣的跡象。但在此之前，已證實有水存在的那些行星都不適合人類生存。例如，2018年，NASA宣布在WASP-39b的大氣層中發(fā)現(xiàn)了水蒸氣。這是一顆和土星差不多大小的巨行星，然而向日面溫度高達777度。
研究人員曾寄希望于在更像地球的行星的大氣層中發(fā)現(xiàn)水蒸氣，尤其是位于恒星宜居帶的那些，但這些行星相對較小，觀測大氣層非常困難。鑒于行星越大，探測工作越容易，研究人員把目光對準了超級地球：這些行星的質(zhì)量最高可達地球的10倍，這意味著它們可能也有巖石表面。
為了檢驗K2-18b，蒙特利爾大學的天文學家Bj?rn Benneke借助哈勃太空望遠鏡觀測凌日現(xiàn)象，也就是它在母恒星表面的運動情況，頻率大約為每33天一次。
每一次，恒星的光都會透過K2-18b的大氣層。但不是所有光都能長驅(qū)直入，因為大氣層中的化學物質(zhì)會吸收特定頻率的光。尤其是水，會吸收特定波長的近紅外光，向我們透露水蒸氣的存在。
在2015年至2018年期間，Benneke的團隊利用哈勃望遠鏡觀測到了9次K2-18b凌日。他們收集并分析了相關(guān)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)水蒸氣的跡象。Benneke和同事們在arXiv上發(fā)布了研究的預稿。
可能下雨
由倫敦大學學院的Tsiaras和Ingo Waldmann帶領(lǐng)的研究團隊利用了同樣的哈勃數(shù)據(jù)，進行獨立研究，結(jié)果發(fā)表于9月11日的《自然天文學》雜志上。和Benneke的團隊一樣，他們也發(fā)現(xiàn)K2-18b的大氣層存在水蒸氣。在論文中，Tsiaras和Waldmann表示，從統(tǒng)計學角度來看，僥幸得出這一結(jié)果的概率只有三千分之一。
除了尋找適合生命生存的系外行星，這次發(fā)現(xiàn)也將有助于我們了解行星的天氣狀況。Benneke的團隊指出，K2-18b的大氣條件可以形成水滴，甚至下雨。天文學家之前曾在褐矮星上發(fā)現(xiàn)過水蒸氣云。褐矮星十分龐大，質(zhì)量介于恒星與行星之間。如果Benneke的研究結(jié)果成立，那么K2-18b將成為確定存在水蒸氣云的首顆系外行星。
兩個團隊都表示，根據(jù)這些研究，K2-18b將成為后續(xù)任務(wù)的重心，包括NASA即將推出的詹姆斯?韋伯太空望遠鏡和歐洲太空總署的阿里爾太空望遠鏡。與哈勃不同的是，這些望遠鏡將能“看”到其他大氣氣體，比如甲烷、氨和二氧化碳，甚至生命的化學標記。
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