氢海行星
我们都知道在太阳系内，地球、火星、木星等行星都绕着太阳运行。同样地，天文学家在太阳系之外的许多恒星系统中，也发现了绕恒星运行的系外行星。到目前为止，天文学家已经确认发现了超过5500多颗系外行星的存在，在这些系外行星的大气中寻找宜居环境和生物标志物，一直是系外行星科学领域的一座圣杯。
过去，大多数在系外行星上寻找生命的研究都主要集中在岩质行星上。但近年来，天文学家提出了一种新的宜居系外行星，它们被称为氢海行星（Hycean planet）。这类行星的大气富含氢，且被海洋所覆盖。与相同质量的岩质行星相比，氢海行星的大尺寸和延伸的大气层更有利于望远镜对它们进行观测。
氢海行星的艺术家畅想图。（图/Amanda Smith/University of Cambridge）
最近，一个国际天文学家团队利用韦布空间望远镜（JWST）观测到的数据，在一颗被认为可能是氢海行星的系外行星的大气中，发现了一些在地球上被认为与生命有关的化学标志物。
星光穿过大气，留下了痕迹
这颗星球名为K2-18 b，距离地球约120光年，位于矮星K2-18的宜居带。K2-18 b的体积很大，半径是地球的2.6倍，质量约是地球的8.6倍。K2-18是一颗比太阳更暗、更冷的恒星，它与K2-18 b的距离大约是太阳与地球距离的16%。
对K2-18 b大气的首次观测来自哈勃空间望远镜，但有关于其大气成分的信息一直存在着争议，这就促使天文学家继续用JWST对其进行更详细的观察。
描绘像K2-18 b这样的系外行星的大气特征是天文学中一个非常活跃的领域。然而，这些行星的亮度通常会被它们更大更亮的宿主星的光芒所掩盖，这使得探索它们的大气特别具有挑战性。
天文学家最初是通过凌星法来寻找K2-18 b的。具体来说，当K2-18 b经过其宿主星与地球之间时，天文学家可以探测到恒星亮度的下降。这就意味着，在凌星过程中，一小部分星光会在到达望远镜之前穿过系外行星的大气。星光穿过大气层时会在恒星的光谱中留下痕迹，天文学家可以将这些痕迹拼凑起来，以确定系外行星的大气成分。
有甲烷和二氧化碳
与哈勃空间望远镜相比，JWST扩展了其波长范围，并且拥有前所未有的灵敏度。这使得JWST仅通过两次凌星，就检测到了详细的光谱特征。相比之下，JWST的一次凌星观测提供了与哈勃在几年时间里在相对较窄的波长范围内进行了八次观测才足以媲美的精度。
系外行星K2-18 b的大气成分。（图/NASA， ESA， CSA， Ralf Crawford， Joseph Olmsted）
最终，利用JWST更高分辨率的仪器， 这项新研究明确地在K2-18 b的富氢大气中发现了甲烷和二氧化碳。此外，研究人员还在K2-18 b的光谱中发现了一个较微弱的信号。经过多次分析，研究人员认为，这一信号可能是由一种名为二甲硫醚（DMS）的分子引发的。不过这一推断并不完全确凿，还需要更多的观测数据才能进一步确定天文学家所看到的是否真的是DMS。
如果探测到的果真为DMS，那么这将是意义重大的结果。因为在地球上，DMS主要是由微生物生命产生的。目前，科学家还不知道在没有生命形式的情况下，可以自然产生DMS的途径。尽管还需要进行更多观测，但所有的迹象似乎都表明，K2-18 b和其他氢海行星或许是我们在太阳系外发现生命的绝佳场所。
充满希望的未来
新发现是目前对K2-18b进行的两次观测后所得到的结果，还有更多的观测正在进行中。这意味着这些发现只是JWST在宜居带系外行星上观察到的早期展示。
接下来，研究团队打算利用JWST的中红外光谱仪进行后续研究，他们希望这将能进一步验证他们的发现，并为K2-18b的环境条件提供新的见解。
论文的第一作者Nikku Madhusudhan教授表示，他们的终极目标是在一颗宜居的系外行星上发现生命，而新的发现是朝着更深入地了解海洋世界迈出的积极一步。他们希望，这类研究将能改变我们对人类和地球在宇宙中的位置的理解。
参考来源：
https://www.cam.ac.uk/stories/carbon-found-in-habitable-zone-exoplanet?ucam-ref=home-hero
https://arxiv.org/abs/2309.05566
https://theconversation.com/possible-hints-of-life-found-on-distant-planet-how-excited-should-we-be-213394
本文来自微信公众号：原理 （ID：principia1687），作者：不二北斗