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韦伯发现K2-18 b大气层中存在甲烷和二氧化碳
NASA詹姆斯·韦伯空间望远镜对K2-18 b的新研究发现，这个质量为地球8.6倍的系外行星大气层中存在碳化合物，包括甲烷和二氧化碳。韦伯的发现为最近的研究提供了证据，提示K2-18 b可能是一个海上行星，拥有氢气富集的大气层和水洋覆盖的表面。
关于这个适居带行星大气属性的首个见解来自NASA哈勃空间望远镜的观测，这促使进行进一步研究，从而改变了我们对该系統的理解。
K2-18 b围绕着适居带中一颗冷矮星K2-18公转，距离地球120光年，位于狮子座。像K2-18 b这样的系外行星，其大小介于地球和海王星之间，在我们的太阳系中找不到等价的行星。由于缺乏邻近的等价行星，使得这种“次海王星”类型行星的了解很少，其大气性质也是天文学家热烈争论的问题。
K2-18 b可能是一个海上行星的建议非常有趣，因为一些天文学家认为这些世界是在系外行星上寻找生命证据的有前途的环境。
剑桥大学天文学家、论文首席作者Nikku Madhusudhan解释说:“我们的发现强调，在寻找其他世界的生命时，考虑不同的适居环境的重要性。传统上，对系外行星的生命搜索主要集中在较小的岩石行星上，但是更大的海上世界对大气观测更有利。”
甲烷和二氧化碳的丰度以及氨的短缺，支持K2-18 b在氢气富集大气层下可能存在水洋的假设。韦伯的这些初步观测还对一种称为二甲基硫醚的分子进行了可能的检测。在地球上，这种分子仅由生命产生。地球大气层中二甲基硫醚的大部分是由海洋环境中的浮游藻类排放的。
对二甲基硫醚的推断不太可靠，需要进一步验证。Madhusudhan解释说:“即将进行的韦伯观测应该能够确认二甲基硫醚是否确实以显著水平存在于K2-18 b的大气中。”
尽管K2-18 b位于适居带，现在已知其存在碳化合物，但这不一定意味着该行星能支持生命。该行星的体积很大，半径为地球的2.6倍，这意味着行星内部可能存在大量高压冰的地幔，类似于海王星，但拥有更薄的氢气富集大气层和水洋表面。预测海上世界拥有水洋。然而，水洋也有可能过热以至于无法适居或为液态。
卡迪夫大学团队成员Subhajit Sarkar解释说:“虽然我们的太阳系中不存在这种行星，但次海王星是目前在银河系中已知最普遍的行星类型。我们获得了一个 适居带次海王星到目前为止最详细的光谱，这使我们能够确定其大气中存在的分子。”
表征像K2-18 b这样的系外行星大气(即确定其气体和物理条件)是天文学领域的一个非常活跃的研究领域。然而，这些行星被它们更大的母星完全掩盖，这使得探索系外行星大气尤其具有挑战性。
该团队通过分析穿过行星大气层的母星光线来绕过这一难题。K2-18 b是一颗凌日行星，这意味着我们可以检测到它穿过母星时引起的亮度下降。这就是它于2015年被NASA K2任务发现的方式。这意味着在凌日期间，会有极小比例的星光穿过行星大气层达到像韦伯这样的望远镜。星光穿过行星大气层会留下痕迹，天文学家可以拼凑这些痕迹来确定行星大气中的气体成分。
Madhusudhan说:“这一结果只有在韦伯延伸的波长范围和空前灵敏度的条件下才可能实现，它使我们能够仅通过两次凌日观测就可靠地检测到光谱特征。相比之下，哈勃在若干年时间内在相对较窄的波段内进行的八次观测才提供了相当的精度。”
剑桥大学团队成员Savvas Constantinou解释说:“这些结果是对K2-18 b仅进行两次观测的产物，还有更多观测在继续进行中。这意味着我们的工作只是韦伯在适居带系外行星观测方面的早期示范。”
研究结果已被《天体物理学快报》接受发表。该团队打算利用望远镜的MIRI中红外仪进行后续研究，希望能进一步验证他们的发现，并洞察K2-18 b的环境条件。
Madhusudhan总结道:“我们的最终目标是在适居的系外行星上发现生命，这将改变我们对自己在宇宙中的位置的理解。我们的发现是实现这一目标迈出的一个有希望的步伐。”