系外類地行星光譜中首次發現水分子

2020-12-05 天文在線

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

有史以來第一次，天文學家在系外巖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。

由克卜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巖石行星，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布，「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，有個固態巖石核心。

圖源：americaspace

K2-18b圍繞著一顆暗淡的紅矮星運行，只需33天就繞母恆星一周。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。研究人員在新聞發布會上指出，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。錢雅拉斯在新聞發布會上指出，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」。但迪內提在新聞發布會上說，「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。

圖源：NASA

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裡深的海洋。

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。

圖源：syfy

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。」

新聞發布會上，英戈·瓦達曼提到了原始氣體對K2-18b孕育生命能力的影響。

圖源：salon

「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，有個巖石核心，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干著急的課題，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

如有相關內容侵權，請於三十日以內聯繫作者刪除

轉載還請取得授權，並注意保持完整性和註明出處

相關焦點

  • 系外類地行星大氣中首次發現水汽 距離地球大約110光年
    研究人員首次在一顆太陽系外類地行星大氣中發現水汽，且這顆星球的溫度可能符合生命存在所需條件。英國期刊《自然·天文學》11日登載英國倫敦大學學院一個研究小組的報告，揭示這一「激動人心」的發現。這顆行星代號K2-18b，屬於獅子座，距離地球大約110光年。它圍繞一顆紅矮星運轉，表面由巖石構成，體積和質量分別是地球的2倍和8倍。這類質量超過地球的類地行星獲稱「超級地球」。研究小組分析「哈勃」太空望遠鏡觀測所獲光譜數據，發現它的大氣中有水汽，含量可能在0.1%至50%之間。
  • 隕石中首次發現地外蛋白質 可以分解水並在類地行星的表面「衍生」
    當前位置： 首頁  >  興趣圈  >  科幻世界  >  科幻資訊  >  科幻出版 隕石中首次發現地外蛋白質
  • 科學家發現「熱木星」大氣層隱藏著水分子
    騰訊太空訊 據國外媒體報導，目前，一支研究小組使用哈勃和斯皮策太空望遠鏡勘測穿過行星大氣層的光線，跟蹤發現神秘的水分子。之前研究表明，「熾熱木星」大氣層含有水分低於之前預期，通過研究大氣層中的元素，他們發現存在大氣雲層中隱藏著水。「熱木星」的體積至少比木星大，但是它們的軌道比木星更接近於主恆星。
  • 首次!在一個有趣的「三體」系統中,科學家發現了第一顆類地行星
    自從1992年發現太陽系以外的第一顆行星以來，系外行星領域一直在蓬勃發展，其中有很多有趣的發現。從圍繞中子星運行的鑽石行星到圍繞處女座恆星運行的巨大粉色行星，世界各地的望遠鏡都在競相尋找最新的（雙子星寶石一般的星球），特別感興趣的是類地行星。
  • 系外中等行星大氣成分首次揭示
    科技日報北京7月3日電 （記者劉霞）據美國每日科學網站2日報導，加拿大科學家利用美國國家航空航天局（NASA）的兩架太空望遠鏡，首次確定了一顆大小介於地球和海王星之間的系外中等行星大氣層的細節。在太陽系中沒有這樣的行星，但在其他恆星周圍很常見。
  • NASA發現太陽系外類地行星
    原標題：太陽系外類地行星 　　《每日郵報》4月18日報導，美國國家航空航天局（NASA）日前宣布首次在太陽系外發現與地球差不多大的行星，其表面溫度適合水以液態形式存在，這為生命體在太陽系外的存在提供了可能。
  • 大氣礦塵可提高類地行星宜居性
    本文轉自【科技日報】；科技日報北京6月9日電 （記者張夢然）英國《自然·通訊》雜誌9日發表的一項天文學研究，大氣礦塵對類地行星的宜居性產生重大影響——會提高系外行星的潛在宜居性。這項發現意味著未來對系外行星解讀結果將有所改變，當研究類地系外行星時，必須要考慮礦塵的潛在影響。 所謂「宜居帶」，指的是恆星周圍存在一個表面可能有液態水的類地行星的區域，因此它是搜索地外生命的重點目標。而位於「宜居帶」的行星也意味著是適宜人類生存的行星，科學家一直在試圖尋找到這樣的星球。
  • 科學家在太空望遠鏡數據中發現又一顆系外類地行星
    據外媒報導，現在地球上的生命可能已經相當怪異，但這並不能阻止科學家們通過篩查NASA的數據來找出在宇宙中跟地球相似的行星。克卜勒太空望遠鏡可能已經退役，但它收集的大量數據卻不斷給出存在地球大小的系外行星的可能性，這些星球可能能夠成為外星生命的家園。
  • 科學家在克卜勒太空望遠鏡數據中發現,又一顆系外類地行星
    克卜勒、TESS和其他項目發現的大多數系外行星都比地球大得多。用我們目前的技術，更大的行星更容易被發現，但科學家們懷疑，也有很多類似地球的行星。天文學家分析了來自克卜勒任務的數據，發現了這樣一顆幾乎從裂縫中墜落的行星，它可能是迄今為止發現的最類似地球的行星。
  • 銀河系外的行星，可能首次被人類找到了
    在2800光年外的處女座中，射電天文學家亞歷山大·沃爾茲森（Aleksander Wolszczan）和戴爾·弗萊爾（Dale Frail）發現脈衝星PSR 1257+12周圍有兩顆行星在繞行，這也是第一次在太陽系之外找到行星。
  • 天文學家發現最小的一顆「流氓」行星OGLE-2016-BLG-1928 似乎是系外類地行星
    天文學家發現最小的一顆「流氓」行星OGLE-2016-BLG-1928 似乎是系外類地行星（神秘的地球uux.cn報導）據cnBeta：外媒New Atlas報導，雖然我們發現的幾乎每顆行星都圍繞著某顆恆星運行
  • 是棉花糖行星，還是系外類木行星，一起探索吧
    在太陽系內沒有哪一類行星具有類似這樣的特徵。即使與我們所熟知類木行星相比，其密度也要低得多的。令人費解的是，可以在遙遠的恆星系中發現它們的蹤跡。現在，兩位天文學家或許將會解開它的神秘面紗。他們在天文學期刊上發表了一篇名為「關於超級泡芙行星是否可以解釋為有環系外行星的探索」的論文。皮羅在新聞稿中談到：「我們應當思考存在這種可能性：如果這些行星並不像棉花糖般那麼空洞、飄逸呢，或者說它們之所以看起來那麼大，僅僅是因為它們被行星環包圍著呢？行星探索者們已經發現了超過4000顆系外行星。
  • 是棉花糖行星,還是系外類木行星,一起探索吧
    簡介：棉花糖行星是指質量與其極大半徑不匹配的密度極低的系外行星，那棉花糖行星是否也是帶環的普通行星呢？經過假設推演，星環只能用於解釋部分膨脹行星，目前暫無觀測設備能探測到系外行星星環，也暫無明確方法判斷它們是否有環。我們的宇宙中存在這樣一類神秘的行星，它們的質量與其具有的超大半徑完全不相匹配，這意味著該類行星具有極低的密度。
  • 20光年內的類地行星
    因此，科學家們能夠更好地預估潛在的宜居行星的數量。像我們的太陽這樣的恆星是很受歡迎的研究目標，這類恆星被稱為G型黃矮星。圖片來源：NASA Ames / SETI/ JPL-Caltech / T·Pyle克卜勒太空望遠鏡於2009年開始投入使用，至2018年由於燃料耗盡正式退役，迄今為止大多數系外行星的發現都有它的功勞。根據克卜勒太空望遠鏡發現的行星數量，科學家們現在估計銀河系中的行星可能比恆星還要多（最新估計稱，其中有1000億到4000億顆恆星）。
  • 系外行星新發現!NASA宣布再發現10個類地行星(圖)
    系外行星新發現！NASA宣布再發現10個類地行星(圖) 原標題： 　　中新網6月20日電 據外媒報導，美國太空總署(NASA)19日宣布，再發現219顆疑似系外行星(exoplanet)，其中包括10個處於它們行星系內宜居帶的類地行星，這些行星的條件容許液態水存在於行星表面，可能孕育生命，這是尋找可居住星球的一個關鍵特徵
  • 「類地行星」或在宇宙中普遍存在
    新結論引發了討論，人們猜測是否正是理論的誤區，使得總是又熱又大的類木行星被找到，而不是一顆真正小而溫度適宜的類地行星。　　天文學所描述的「金屬量」，含義與人們一般認知的不同，它是指恆星之內除了氫、氦元素之外的其他化學元素所佔的比例。
  • Ross 128B:一顆系外類地行星,一個尋找外星人的好地方
    ▼天文學家最近新發現一顆系外類地行星，編號為Ross 128B，距離我們只有11光年遠，並且圍繞其恆星軌道運動，這顆行星可能像地球一樣具有巖石和幾乎相同的溫度
  • 科學家發現有60億顆類地行星
    6月17日，據外媒報導，加拿大不列顛哥倫比亞大學的研究人員對銀河系中可居住的類地行星潛在數量進行了新的估算， 最終計算出差不多有60億顆這樣的行星 。這項計算是基於銀河系中G型星（光譜型為G的恆星，光譜特徵為電離鈣的H和K線特強）的數量，這些G型星與類太陽恆星相似。因為一顆行星要適合居住，它必須位於恆星的「可居住區」（溫度要適中）。研究人員預測銀河系有多達4000億顆恆星，但其中只有7%是類太陽恆星的G型星 。
  • 人類首次在系外行星大氣中發現氦,科學家:它的意義非凡
    近日，哈勃太空望遠鏡又有重大發現，在一顆系外行星的大氣中檢測到了氦元素的存在，這是人類首次在系外行星大氣中發現氦元素。氦是稀有氣體的一種，氦在通常情況下為無色、無味的氣體，是唯一不能在標準大氣壓下固化的物質。氦是最不活潑的元素。氦的應用主要是作為保護氣體、氣冷式核反應堆的工作流體和超低溫冷凍劑。
  • 又一顆類地行星被發現!這次宜居可能性更大,距地僅100光年
    於是在克卜勒望遠鏡的幫助下，天文學家花費了大量的時間發現了系外超過3000顆的恆星，同時還發現了這些恆星系中的行星數量也超過了4000顆。當然這只是浩瀚宇宙中的冰山一角，那麼其中會有人類的希望存在嗎？2018年是克卜勒太空望遠鏡正是退役的一年，它由於耗盡了燃料而不得不提前退役。