天文学家在一颗宜居的超级地球上发现了水蒸气
天文学家首次在一颗岩石行星的大气层中发现了水蒸气。有趣的是，这颗行星位于其恒星的所谓宜居带，是银河系中最有希望寻找外星生命迹象的地方之一。
图解：艺术家对K2-18b的印象。插图:ESA/哈勃，M. Kornmesser
K2-18b行星位于110光年之外，2015年被开普勒太空天文台发现。对这颗系外行星的初步扫描表明，它是一颗超级地球，也就是说，是一颗比地球大的岩质行星，而且它有大气层。根据这些观测结果，再加上K2-18b位于宜居带(恒星系统中水可能以液体形式存在的最佳位置)内的事实，值得进一步研究。
伦敦大学学院的一个团队使用哈勃太空望远镜对K2-18b的大气进行了光谱测量，结果发现了一个独特的水特征。这一重要发现的细节发表在《自然》杂志上。
这项研究的作者之一、伦敦大学学院的天文学家Angaelos Tsiaras在新闻电话会议上宣布，这是首次在非气态巨星的行星上发现水蒸气。这是第一次发现这类行星——一颗在宜居带内运行的行星——也是我们在太阳系外唯一知道的类地行星…他补充说道:“据我们目前所知，它是最适合人类居住的地方。”
以前曾在系外行星中发现过水蒸气，但只在气态巨行星中发现过。K2-18b是一颗类似海王星或天王星的冰巨星的可能性很小，更大的可能性是它是一颗超级地球。天文学家只能看到这颗系外行星的上层大气，但它的体积是地球的两倍，质量是地球的8倍。重要的是，它的密度与火星相似，是典型气体巨行星的三倍。这使得科学家们得出结论:K2-18b可能是一个以坚固的岩石内核为特征的类地行星。
K2-18b围绕着一颗暗淡的红矮星运行，它只需要33天就可以完成它的主恒星的一圈轨道。 在如此近的距离，听起来可能K2-18b不像是在宜居带内，但因为红矮星发出的辐射水平较低，它们的宜居带与我们这样的星系相比要近得多。研究人员在新闻发布会上指出，K2-18b受到的辐射与地球差不多，其温度与我们在这里所经历的差不多。
遗憾的是，围绕红矮星运行的系外行星被认为是不适合居住的，因为这类恒星倾向于产生极其强大和频繁的太阳耀斑。正如Tsiaras在新闻发布会上指出的，与地球相比，K2-18b上的条件可能“更恶劣”。 哈勃望远镜观测到的是一个清晰的水信号，但伦敦大学学院的研究人员并不确定K2-18b的大气中有多少水，也不确定它的表面是否存在液态水。通过一系列的模型，科学家们表明，K2-18b的大气中可能只含有0.01%的水，或多达50%的水。
这显然是一个巨大的差异。
研究报告的另一位作者Giovanna Tinetti在回答Gizmodo提出的一个问题时解释说，之所以会有如此大的范围，是因为哈勃望远镜只能探测到光谱上的水信号，而且“与其他分子相比，很难量化水的含量”。 但Tinetti 在新闻发布会上说，无论水量多少，水的信号都“非常强烈”。她说，未来的研究将集中于缩小这一巨大的差异。
超级地球的一个有趣的特征是，它们中的大多数可能是水世界——完全被深的全球海洋覆盖的类地行星。当Gizmodo问Tinetti K2-18b是否有可能成为一个水世界时，她说，考虑到模型的结果，这是一个“很好的可能性”，但目前的数据既不能证实也不能排除这种情况。
没有参与这项研究的哈佛大学行星科学家Li Zeng说，这个结果“并不令人惊讶”，因为他预计许多大小与K2-18b相似的系外行星“内部大部分都有水”， 他在电子邮件中告诉Gizmodo。他说，这项研究与他自己的工作是一致的。今年早些时候，Li和他的同事提出的证据表明，超级地球水世界的海洋可能有数百甚至数千公里深。
除了水，哈勃还发现了氢的踪迹，这一发现引起了华威大学物理学家、系外大气专家Tom Louden的兴趣。. Louden说，这篇论文的结果“令人兴奋”，而且“在确定系外行星大气的进化史方面意义重大”。然而，与此同时，Louden说这些发现可能会对地球孕育生命的潜力造成打击。Louden在给Gizmodo的电子邮件中说:“结果表明，这颗行星K2-18b保留了一部分，或者可能是全部，它在形成过程中收集的由氢和氦组成的‘初级大气’。
这表明，从恒星发出的辐射并没有太强烈或有效地剥离它的大气，这可能是一个好消息，因为我们预计会有许多类似地球的行星存在于这种类型的恒星周围，因为这可能意味着它们的大气可以保持稳定。”
与此同时，这一消息也对人类的宜居性造成了潜在的危害。他说，如果“大多数行星一产生就有一个由氢和氦组成的超大的大气层，它们无法摆脱，这可能会使复杂生命的发展更加困难——在这个阶段我们只是知道的不够多。
在新闻发布会上，Ingo Waldmann讨论了K2-18b上的原始气体如何影响地球孕育生命的能力。
“氢的大气层是可以居住的。”他说，根据理论模型，没有理由不这样认为。他指出，目前我们对宜居性的偏见非常“以地球为中心”，
这是合理的，因为地球是我们所知道的唯一适合居住的星球。因此，Waldmann说，未来的研究应该调查富氢环境下的宜居性。
显然，就承载生命的能力而言，K2-18b可谓好坏参半。和地球一样，它气候温和，地核多岩石，有水。不利的一面是，K2-18b正处于一颗有潜在危险的红矮星的轨道上，它的大气中充满了原始气体——更不用说它与地球相比的巨大体积和质量了，这对于宜居性来说是一个未知的变量。
这颗系外行星是未来研究的一个奇妙又吸引人的课题，但有一件事仍然非常清楚:对真正类地行星的探索仍在继续。
参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3. gizmodo-George Dvorsky-橘子
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