系外行星K2

独孤一山隙

系外行星K2-18b可能拥有一片海洋。(图片鸣谢:美国宇航局、加空局、欧空局、j·奥姆斯特德(STScI)、科学:n·马德苏丹(剑桥大学))

（）据美国太空网（伊恩·惠特克）：来自詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)的数据显示，狮子座中一颗恒星周围的系外行星具有一些在地球上与生命体相关的化学标记。但这些都是模糊的迹象。那么这颗系外行星孕育外星生命的可能性有多大呢？

系外行星是围绕除太阳以外的恒星运行的世界。这颗行星被命名为K2-18b。之所以这样命名，是因为它是发现的第一颗围绕红矮星K2-18运行的行星。还有一颗K2-18c——第二颗被发现的行星。恒星本身比太阳更暗、更冷，这意味着，为了获得与地球上相同的光照水平，地球需要比我们更靠近它的恒星。

该系统距离我们大约124光年，从天文角度来看，这已经很近了。那么这颗系外行星的条件是什么样的呢？这是一个很难回答的问题。我们有足够强大的望远镜和技术来告诉我们这颗恒星是什么样的，这颗系外行星有多远，但我们无法捕捉到这颗行星的直接图像。然而，我们可以解决一些基本问题。

计算有多少光线照射到K2-18b上，对于评估这颗行星的生命潜力非常重要。K2-18b比地球更靠近它的恒星:它大约是地球到太阳距离的16%。我们需要的另一个度量是恒星的功率输出:它每秒辐射的总能量。K2-18的功率输出是太阳的2.3%。

利用几何学，我们可以计算出K2-18b每平方米接收大约1.22千瓦(kW)的太阳能。这类似于我们在地球上接收到的1.36千瓦的入射光。尽管来自K2-18的能量较少，但由于行星更近，能量变得均匀了。到目前为止，一切顺利。然而，入射光的计算没有考虑到云或者行星表面的反射率。

当我们考虑其他星球上的生命时，一个流行的术语是可居住区，这意味着在平均表面温度下，水将处于液态——因为这种状态被认为是生命的必要条件。2019年，哈勃太空望远镜确定K2-18b显示出水蒸气的迹象，这表明表面可能存在液态水。目前认为地球上有大片的海洋。



艺术家对詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)的印象(图片来源:美国宇航局GSFC/CIL/阿德里安娜·曼里克·古铁雷斯)

这在当时引起了一阵兴奋，但没有进一步的证据，这只是一个有趣的结果。现在我们有报道称，JWST已经在大气中发现了二氧化碳、甲烷以及——可能——二甲基硫(DMS)的混合物。DMS的初步检测意义重大，因为它只在地球上由藻类产生。我们目前不知道没有生命形式它是如何自然产生的。

K2-18b上有生命吗？



所有这些迹象似乎表明，K2-18b可能是寻找外星生命的地方。然而，事情并没有那么简单，因为我们不知道结果有多准确。用来确定系外行星大气层中有什么的方法涉及到来自不同光源(通常是恒星或星系)的光穿过大气层边缘，然后被我们观察到。任何化合物都会吸收特定波长的光，这种光可以被识别出来。一个系外行星大气成分的假想例子。(图片来源:美国航天局、欧空局、加空局、科技科学研究所、约瑟夫·奥姆斯特德(科技科学研究所))

想象一下，透过玻璃酒杯看灯泡。空的时候完全可以看透。如果你把它装满水，你仍然可以看得很清楚，但是有一些光学效果和色彩，这相当于太空中的氢气和尘埃云。现在想象你倒入红色食用色素——这可能相当于一个星球大气中的主要化学成分。

但是大多数大气是由许多化学物质组成的。寻找它们中的任何一种，就相当于把50种——可能更多——不同数量的有色食用色素倒入你的玻璃杯中，并试图确定某种特定颜色的含量。这是一项极其困难的任务，有大量的主观评估和错误空间。此外，穿过大气层的光包含了恒星化学成分的信号——这进一步使分析变得复杂。



该图以图表的形式显示了来自NIRISS和NIRSpec的系外行星K2-18 b的光谱，垂直y轴标记为被阻挡的光量，水平轴标记为光的波长(微米)。光谱被绘制为点，垂直的短垂直线穿过图，最佳拟合模型为蓝色锯齿状白线。有不同厚度的绿色、黄色和浅蓝色垂直柱散布在图中，表明线的变化分别代表甲烷、二氧化碳和二甲基硫化物的存在。图表后面是行星和恒星的插图。K2-18b大气的化学成分。(图片来源:美国航天局、加空局、欧空局、j·奥姆斯特德(STScI)、n·马德苏丹(剑桥大学))

就在几年前，人们对金星上是否存在生命的兴趣激增，因为观察表明存在磷化氢气体，这种气体可以由微生物产生。

然而，这一发现后来被几项研究成功反驳。从天文学的角度来看，如果对隔壁一颗行星的大气有什么困惑，就很容易理解为什么分析一颗远很多倍的行星是一项困难的任务。

我们能从中得到什么？

系外行星K2-18b上存在生命的可能性很低，但并非不可能。这些结果可能不会改变任何人对外星生命的看法或信念。相反，它们确实展示了探索不属于我们的世界并找到更多信息的不断进步的能力。



蛇夫座ρ的JWST图像，它是离地球最近的恒星形成区域。(图片鸣谢:美国航天局、欧空局、加空局、STScI、Klaus Pontoppidan (STScI))

JWST的力量不仅在于拍摄出令人难以置信的照片，还在于提供了关于天体本身的更详细、更准确的数据。了解哪些系外行星有水，哪些没有，可以提供地球如何形成的信息。

研究气态巨行星的大气层可以为太阳系中类似世界的研究提供信息，如木星和土星。确定二氧化碳的水平表明了极端的温室效应会如何影响地球。这才是研究行星大气构成的真正力量。