詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發現系外行星K2

發表于 2025-12-07 18:36:50 來源：骨軟筋酥網

這位藝術家的概念展示了基于科學數據的系外行星K2-18 b可能的樣子。K2-18 b是斯韋一顆質量為地球8.6倍的系外行星，在可居住區圍繞冷矮星K2-18運行，伯太距離地球120光年。空望美國宇航局的遠鏡詹姆斯·韋伯太空望遠鏡對K2-18 b的一項新調查顯示，存在含碳分子，發現包括甲烷和二氧化碳。系外行星甲烷和二氧化碳的詹姆豐富，以及氨的斯韋缺乏，支持了K2-18 b富含氫的伯太大氣下面可能有水的海洋的假設。鳴謝:uux.cn/插圖:美國航天局、空望加空局、遠鏡歐空局、發現J. Olmsted (STScI)、系外行星科學:N. Madhusudhan(劍橋大學)
（神秘的詹姆地球uux.cn）據美國宇航局：美國宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡對K2-18 b，一顆質量是地球8.6倍的系外行星的新調查顯示，存在含碳分子，包括甲烷和二氧化碳。韋伯的發現補充了最近的研究，這些研究表明K2-18 b可能是一顆海洋系外行星，它有可能擁有富含氫的大氣層和被海洋覆蓋的表面。
對這顆可居住帶系外行星大氣屬性的第一次了解來自美國宇航局的哈勃太空望遠鏡的觀測，這促使我們進行進一步的研究，從此改變了我們對該系統的理解。
K2-18 b在可居住區圍繞冷矮星K2-18運行，位于獅子座，距離地球120光年。像K2-18 b這樣的系外行星，大小介于地球和海王星之間，與我們太陽系中的任何行星都不一樣。缺乏類似的附近行星意味著這些“亞海王星”知之甚少，它們大氣的性質是天文學家們積極爭論的問題。
海王星之下的K2-18 b可能是一顆海洋系外行星的說法非常有趣，因為一些天文學家認為這些世界是尋找系外行星生命證據的理想環境。
“我們的發現強調了在尋找其他地方的生命時考慮不同的宜居環境的重要性，”劍橋大學天文學家Nikku Madhusudhan解釋說，他是宣布這些結果的論文的第一作者。“傳統上，對系外行星生命的搜索主要集中在較小的巖石行星上，但較大的海洋世界明顯更有利于大氣觀測。”
甲烷和二氧化碳的豐富，以及氨的短缺，支持了K2-18 b富含氫氣的大氣下可能存在水海洋的假設。這些最初的韋伯觀察也提供了一種可能的探測分子，稱為二甲基硫醚(DMS)。在地球上，這只是由生命產生的。地球大氣中的大部分二甲基硫是由海洋環境中的浮游植物排放的。
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發現系外行星K2-18 b大氣中的甲烷和二氧化碳

K2-18 b的光譜是通過韋伯的NIRISS(近紅外成像儀和無縫攝譜儀)和NIRSpec(近紅外攝譜儀)獲得的，顯示了系外行星大氣中豐富的甲烷和二氧化碳，以及可能探測到一種叫做二甲基硫(DMS)的分子。甲烷和二氧化碳的檢測，以及氨的短缺，支持了K2-18 b富含氫的大氣層下可能存在水海洋的假設。K2-18 b的質量是地球的8.6倍，在可居住區圍繞冷矮星K2-18運行，距離地球120光年。鳴謝:uux.cn/插圖:美國航天局、加空局、歐空局、r .克勞福德(STScI)、j .奧姆斯特德(STScI)、科學:N. Madhusudhan(劍橋大學)
DMS的推斷不夠穩健，需要進一步驗證。Madhusudhan解釋說:“即將到來的Webb觀測應該能夠確認DMS是否確實以顯著水平存在于K2-18 b的大氣中。”
雖然K2-18 b位于可居住區，現在已知含有含碳分子，但這并不一定意味著這顆行星可以支持生命。這顆行星的巨大體積——半徑是地球半徑的2.6倍——意味著這顆行星的內部可能包含一個巨大的高壓冰地幔，就像海王星一樣，但具有更薄的富氫大氣和海洋表面。海洋世界預計會有海洋。然而，也有可能是海洋太熱而不適合居住或者是液態的。
“雖然這種行星在我們的太陽系中不存在，但亞海王星是迄今為止銀河系中已知的最常見的行星類型，”卡迪夫大學的團隊成員Subhajit Sarkar解釋說。“我們已經獲得了迄今為止最詳細的海王星下可居住區光譜，這使我們能夠計算出其大氣中存在的分子。”
描述像K2-18 b這樣的系外行星的大氣層——意味著確定它們的氣體和物理條件——是天文學中非常活躍的領域。然而，這些行星被它們大得多的母星的耀眼光芒所掩蓋，這使得探索系外行星大氣特別具有挑戰性。
該團隊通過分析K2-18 b穿過系外行星大氣層時來自其母星的光線，避開了這一挑戰。K2-18 b是一顆過境的系外行星，這意味著當它穿過其宿主恒星的表面時，我們可以檢測到亮度的下降。這就是2015年美國宇航局K2任務首次發現系外行星的方式。這意味著在凌日期間，一小部分星光將在到達像韋伯這樣的望遠鏡之前穿過系外行星的大氣層。星光穿過系外行星大氣層留下的痕跡，天文學家可以拼湊起來確定系外行星大氣層的氣體。
Madhusudhan說:“這一結果之所以成為可能，是因為Webb擴展的波長范圍和前所未有的靈敏度，這使得只需兩次凌日就可以對光譜特征進行穩健的檢測。”“作為比較，韋伯的一次凌日觀測提供了與哈勃在幾年內進行的八次觀測相當的精度，并且波長范圍相對較窄。”
劍橋大學的研究小組成員薩瓦斯·康斯坦蒂努解釋說:“這些結果僅僅是對K2-18 b的兩次觀測的結果，還會有更多的觀測結果。”。“這意味著我們在這里的工作只是韋伯在可居住帶系外行星中所能觀察到的早期展示。”
該小組的結果被接受發表在《天體物理學雜志快報》上。
該團隊現在打算用望遠鏡的MIRI(中紅外儀器)攝譜儀進行后續研究，他們希望這將進一步驗證他們的發現，并提供對K2-18 b環境條件的新見解
“我們的最終目標是在可居住的系外行星上識別生命，這將改變我們對我們在宇宙中的位置的理解，”Madhusudhan總結道。“在這一探索中，我們的發現朝著更深入了解海洋世界邁出了充滿希望的一步。”
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡是世界上首屈一指的太空科學天文臺。韋伯正在解開我們太陽系的謎團，觀察其他恒星周圍的遙遠世界，探索我們宇宙的神秘結構和起源以及我們在其中的位置。Webb是由NASA及其合作伙伴ESA(歐洲航天局)和加拿大航天局領導的一項國際計劃。

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