裡程碑事件：天文學家發現超級地球上可能存在水蒸氣

2020-07-28 天文在線

兩個獨立的天文團隊已經在超級地球K2-18b發現了水蒸氣的跡象。

裡程碑事件：天文學家發現超級地球上可能存在水蒸氣

這是超級地球K2-18b系統的藝術構想圖：它包含了主恆星和一個伴星

歐航局/哈勃望遠鏡/M.科爾曼

兩個不同的天文團隊，在超級地球K2-18b的大氣層表面都探測到了水蒸氣，這無疑是外星探索進程的裡程碑。

這個行星是巖石態的，但它並不是地球的孿生兒。K2-18b屬於超級地球，半徑大約是地球的3倍，重量在7-10倍之間。超級地球是一種在太陽系中並不存在，但在銀河系中數量豐富的行星。一些帶有龐大氣態殼層的超級地球被證明是類似於亞海王星的天體，但是這類行星的平均密度又近似於月球和火星的密度。

到目前為止，測量超級地球大氣層的嘗試失敗了，要麼是因為厚厚的雲層(如格利澤1214 b和HD 97658 b)，就是因為一種只有氫和氦的輕質、無特色的大氣層(如坎昆55)，或者沒有大氣層，也沒有雲(就像TRAPPIST-1系統中的六顆行星一樣）。

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K2-18b很引人注目，部分原因在於它像TRAPPIST-1行星一樣，在紅矮星的棲息圈裡運行。它每33天繞著它的恆星轉一圈，但是這顆恆星提供的光只夠剛好讓水保留在行星表面，這顆恆星不到太陽的一半大，比太陽更紅更暗。在僅僅110光年之外，這個超級地球似乎是進一步研究超級氣球大氣層的一個很好的候選者。

水的存在

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比約恩·本尼克(蒙特婁大學)帶領一個團隊，使用哈勃太空望遠鏡，觀察這顆行星穿過其恆星的表面。該小組對其中八次凌日的分析，以及克卜勒和斯皮策太空望遠鏡觀測到的凌日，將發表在《天文學雜誌》上。倫敦大學學院的另一個團隊，主要作者安熱洛斯·齊阿拉斯，現已公開研究數據，並在9月11日出版的《自然天文學》雜誌上發表了一篇對哈勃數據的獨立分析。

兩個團隊都探索出水蒸氣幾乎肯定存在於這個超級地球的大氣中。除此之外，其餘數據是模糊的:不清楚有多少水存在，或者以什麼形式存在。

這在很大程度上是因為研究人員在這顆行星經過它的宿主恆星前時獲取了它的透射光譜——也就是說，他們是在恆星的透射光穿過行星大氣層的一小片區域時進行觀察。

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美國宇航局科學家在五顆熾熱木星的大氣層中發現了微弱的水的跡象。所有五顆行星似乎都有高空薄霧，這減弱了大氣層深處的水信號。

這種觀察沒有給出很多關於溫度和壓力是如何隨高度變化的信息，這讓天文學家對從這個巖石星球的組成到結構的一切都一無所知。有猜想，這個星球可能是一個水的世界，但這是一個目前不能進行證實或是否定的猜想。

「我們真的對於從這些觀察中所能提取的數據十分謹慎對待，」喬萬娜·蒂內蒂(倫敦大學)說。

這是一個怎樣的世界?

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倫敦大學學院團隊的英戈·沃爾德曼解釋說，三種不同的情況同樣符合觀察數據:大氣可以是含有大量水的純氫；也可以是含有少量水的氫和氮；或者第三種選擇是考慮到氫大氣層、一個「極小微粒」的水，以及高海拔的雲層或模糊的煙霧。

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本尼克和他的同事提出了另一個可能選擇:除水蒸氣外，還有液態水。他們的計算表明，在這個世界的中層大氣中可能會下雨。

獲取更多的數據將有助於確定這些假設是否正確。哈勃為研究水的存在提供了理想的波長範圍，這對於研究其他超級地球也更加適用。此後，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡將提供更寬的波長範圍和更高解析度的光譜，這將是探索這個世界的關鍵。

作者: skyandtelescope

FY: 句號獸

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