詹姆斯·韦伯太空望远镜发现系外行星K2-18 b大气中的甲烷和二氧化碳 _太空

这位艺术家的概念展示了基于科学数据的系外行星K2-18 b可能的样子。K2-18 b是一颗质量为地球8.6倍的系外行星，在可居住区围绕冷矮星K2-18运行，距离地球120光年。美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜对K2-18 b的一项新调查显示，存在含碳分子，包括甲烷和二氧化碳。甲烷和二氧化碳的丰富，以及氨的缺乏，支持了K2-18 b富含氢的大气下面可能有水的海洋的假设。鸣谢:插图:美国航天局、加空局、欧空局、J. Olmsted (STScI)、科学:N. Madhusudhan(剑桥大学)
据美国宇航局：美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜对K2-18 b，一颗质量是地球8.6倍的系外行星的新调查显示，存在含碳分子，包括甲烷和二氧化碳。韦伯的发现补充了最近的研究，这些研究表明K2-18 b可能是一颗海洋系外行星，它有可能拥有富含氢的大气层和被海洋覆盖的表面。
对这颗可居住带系外行星大气属性的第一次了解来自美国宇航局的哈勃太空望远镜的观测，这促使我们进行进一步的研究，从此改变了我们对该系统的理解。
K2-18 b在可居住区围绕冷矮星K2-18运行，位于狮子座，距离地球120光年。像K2-18 b这样的系外行星，大小介于地球和海王星之间，与我们太阳系中的任何行星都不一样。缺乏类似的附近行星意味着这些“亚海王星”知之甚少，它们大气的性质是天文学家们积极争论的问题。
海王星之下的K2-18 b可能是一颗海洋系外行星的说法非常有趣，因为一些天文学家认为这些世界是寻找系外行星生命证据的理想环境。
“我们的发现强调了在寻找其他地方的生命时考虑不同的宜居环境的重要性， ”剑桥大学天文学家Nikku Madhusudhan解释说，他是宣布这些结果的论文的第一作者。“传统上，对系外行星生命的搜索主要集中在较小的岩石行星上，但较大的海洋世界明显更有利于大气观测。”
甲烷和二氧化碳的丰富，以及氨的短缺，支持了K2-18 b富含氢气的大气下可能存在水海洋的假设。这些最初的韦伯观察也提供了一种可能的探测分子，称为二甲基硫醚(DMS) 。在地球上，这只是由生命产生的。地球大气中的大部分二甲基硫是由海洋环境中的浮游植物排放的。

K2-18 b的光谱是通过韦伯的NIRISS(近红外成像仪和无缝摄谱仪)和NIRSpec(近红外摄谱仪)获得的，显示了系外行星大气中丰富的甲烷和二氧化碳，以及可能探测到一种叫做二甲基硫(DMS)的分子。甲烷和二氧化碳的检测，以及氨的短缺，支持了K2-18 b富含氢的大气层下可能存在水海洋的假设。K2-18 b的质量是地球的8.6倍，在可居住区围绕冷矮星K2-18运行，距离地球120光年。鸣谢:插图:美国航天局、加空局、欧空局、r .克劳福德(STScI)、j .奥姆斯特德(STScI)、科学:N. Madhusudhan(剑桥大学)
DMS的推断不够稳健，需要进一步验证。Madhusudhan解释说:“即将到来的Webb观测应该能够确认DMS是否确实以显著水平存在于K2-18 b的大气中。”
虽然K2-18 b位于可居住区，现在已知含有含碳分子，但这并不一定意味着这颗行星可以支持生命。这颗行星的巨大体积——半径是地球半径的2.6倍——意味着这颗行星的内部可能包含一个巨大的高压冰地幔，就像海王星一样，但具有更薄的富氢大气和海洋表面。海洋世界预计会有海洋。然而，也有可能是海洋太热而不适合居住或者是液态的。
“虽然这种行星在我们的太阳系中不存在，但亚海王星是迄今为止银河系中已知的最常见的行星类型，”卡迪夫大学的团队成员Subhajit Sarkar解释说。“我们已经获得了迄今为止最详细的海王星下可居住区光谱，这使我们能够计算出其大气中存在的分子。”
描述像K2-18 b这样的系外行星的大气层——意味着确定它们的气体和物理条件——是天文学中非常活跃的领域。然而，这些行星被它们大得多的母星的耀眼光芒所掩盖，这使得探索系外行星大气特别具有挑战性。
该团队通过分析K2-18 b穿过系外行星大气层时来自其母星的光线，避开了这一挑战。K2-18 b是一颗过境的系外行星，这意味着当它穿过其宿主恒星的表面时，我们可以检测到亮度的下降。这就是2015年美国宇航局K2任务首次发现系外行星的方式。这意味着在凌日期间，一小部分星光将在到达像韦伯这样的望远镜之前穿过系外行星的大气层。星光穿过系外行星大气层留下的痕迹，天文学家可以拼凑起来确定系外行星大气层的气体。
Madhusudhan说:“这一结果之所以成为可能，是因为Webb扩展的波长范围和前所未有的灵敏度，这使得只需两次凌日就可以对光谱特征进行稳健的检测。”“作为比较，韦伯的一次凌日观测提供了与哈勃在几年内进行的八次观测相当的精度，并且波长范围相对较窄。”
剑桥大学的研究小组成员萨瓦斯·康斯坦蒂努解释说:“这些结果仅仅是对K2-18 b的两次观测的结果，还会有更多的观测结果。” 。“这意味着我们在这里的工作只是韦伯在可居住带系外行星中所能观察到的早期展示。”
该小组的结果被接受发表在《天体物理学杂志快报》上。
该团队现在打算用望远镜的MIRI(中红外仪器)摄谱仪进行后续研究，他们希望这将进一步验证他们的发现，并提供对K2-18 b环境条件的新见解
“我们的最终目标是在可居住的系外行星上识别生命，这将改变我们对我们在宇宙中的位置的理解，”Madhusudhan总结道。“在这一探索中，我们的发现朝着更深入了解海洋世界迈出了充满希望的一步。”
詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的太空科学天文台。韦伯正在解开我们太阳系的谜团，观察其他恒星周围的遥远世界，探索我们宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的位置。Webb是由NASA及其合作伙伴ESA(欧洲航天局)和加拿大航天局领导的一项国际计划。