發(fā)文人 劉航

尋找地外生命，一直是人們宇宙探索的目標之一。

天文學家們在尋找地外生命時，通常會尋找與大小、質(zhì)量、溫度和大氣成分與地球相似的類地行星。

不過，劍橋大學研究人員最近確定了一種新型宜居行星_“Hycean”行星。正如其名字所暗示，她表面溫度較高（hot）、海洋覆蓋(ocean)、大氣中富含氫(hydrogen)。目前確定的“Hycean”行星候選者都圍繞著距離地球35到150光年的紅矮星運行（地球與太陽距離1.5億公里，以光速旅行也要8分20秒左右）。

研究人員表示，這可能意味著，在未來兩三年內(nèi)找到太陽系外生命的“生物印記”具有可能性。

Hycean行星表面的構(gòu)想圖 圖片來自劍橋大學

該研究發(fā)表在知名天文學期刊《The Astrophysical Journal》上，論文標題為《Habitability and Biosignatures of Hycean Worlds》（Hycean星球的宜居性和生物印記），通訊作者為劍橋大學天文研究所“reader”（準教授）Nikku Madhusudhan。

為什么會研究與地球環(huán)境差異巨大的“Hycean”行星的宜居性？“首先，由于類地行星很小，在太陽系外的類地行星上探測生命非常困難。而Hycean星球比地球更大、更熱，這增加了其可探測性和大氣觀測性，提供了探測系外行星生命更好的機會。其次，我們想探索在廣泛的行星上宜居和生命的可能性，而不僅限于類地行星。這將幫助我們了解太陽系以外可能存在生命的環(huán)境的多樣性?！盡adhusudhan對（thepaper,cn）發(fā)文人介紹道。

目前，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)千顆太陽系外的行星，其中絕大多數(shù)為半徑約地球半徑1-4倍的低質(zhì)量行星。根據(jù)她們的密度和體積，她們被歸類于“超級地球”或“迷你海王星”。

大多數(shù)迷你海王星的大小在地球的1.6倍以上，她們不像地球一樣擁有巖石內(nèi)部。早期對此類行星的研究發(fā)現(xiàn)，她們富含氫的大氣層下具有高溫高壓，無法維持生命。

然而，研究團隊在調(diào)查迷你海王星 K2-18b時發(fā)現(xiàn)，在某些條件下，迷你海王星可以支持生命存在。

此項工作中，研究團隊專注于研究富含氫氣的大氣層下存在大海洋（水的質(zhì)量分數(shù)高達 90_），并具有宜居條件的行星，他們將其稱為“Hycean”星球。Hycean行星可以比地球大2.6 倍，擁有近200攝氏度的氣溫，但其海洋環(huán)境可能類似于地球海洋中微生物生存的條件。

Hycean行星的半徑和質(zhì)量

Madhusudhan表示，找到地外生命對人類最重要的意義是認識到我們在宇宙中并不孤單。此外，這些發(fā)現(xiàn)還可能告訴我們生命形成與進化所需的行星條件具有多樣性，并可能將地球生命的起源置于更普遍的背景下。

此項研究中，研究團隊調(diào)查了Hycean行星的整體特性、宜居性和潛在的生物印記。

Hycean行星比類地行星數(shù)量更多，也更易觀測。研究人員確定的許多Hycean行星候選者都比地球更大、更熱，同時具有容納大海洋的特征，能夠支持類似地球最極端水體微生物生命的生存。

與類地行星相比，Hycean行星的宜居帶更廣闊?！耙司訋А保╤abitable zones）指宜居的行星與恒星的合適距離范圍。傳統(tǒng)上，恒星周圍的宜居帶由類地巖質(zhì)行星表面對液態(tài)水的需求定義。通常認為，其大氣與太陽系類地行星的大氣類似，主要成分為氮氣、氧氣、二氧化碳和水。在這種情況下，宜居帶的內(nèi)邊界受到失控溫室效應或水從大氣逸出的限制；外邊界受二氧化碳冷凝導致缺少溫室效應，從而達不到維持液態(tài)水所需溫度的限制。

比如，地球與太陽的距離讓地球的溫度適中，允許液態(tài)水存在，可讓生命存活。而Hycean行星則能在與恒星更廣的距離范圍保持宜居。

Hycean星球中，有潮汐鎖定的“黑暗”Hycean星球，她們可能有一側(cè)永久都為黑夜，而只有黑夜這一側(cè)是宜居的；還有“寒冷”Hycean星球，她們接收的恒星輻射很少。

“寒冷”Hycean星球的溫度分布

這種大小的行星在已知的系外行星中為主體，Hycean可能很常見，這意味著在銀河系最有機會找到生命的地方可能一直就在顯眼之處。

判斷一顆行星是否為Hycean行星，不僅要確認其半徑、質(zhì)量，還要確認溫度和大氣特性等。

要了解數(shù)光年外的行星上的情況，天文學家首先要確定她是否位于其恒星的宜居帶，然后尋找分子特征來推斷行星的大氣和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這些會決定其地表條件、海洋的存在和出現(xiàn)生命的潛力。

天文學家也在尋找生物印記。傳統(tǒng)上，基于地球大氣層考慮的主要生物標志物是氧氣、臭氧、甲烷和一氧化二氮。還有許多其他生物標志物，如氯甲烷和二甲硫醚，她們在地球的含量較低，但在富氫大氣的行星上，她們可能是檢測生命的有用指標。

“從本質(zhì)上講，當我們一直在尋找這些分子特征時，我們的關(guān)注點是與地球相似的行星，這是一個合理的起點，”Madhusudhan說，“但我們認為Hycean行星提供了更好的機會找到少量的幾個生物印記?！?/p>

研究人員發(fā)現(xiàn)，不久的將來，通過光譜觀察可以很容易地檢測到許多預計存在于Hycean大氣中的陸地生物標志物。Hycean行星更大的尺寸、更高的溫度和富含氫的大氣使得她們的大氣特征比類地行星更容易被探測到。

“為了確認Hycean星球上生命的存在，我們需要用大型望遠鏡對其大氣進行光譜觀測。使用即將推出的望遠鏡（例如詹姆斯韋伯太空望遠鏡）將有可能對許多Hycean星球候選者進行這樣的觀測?！盡adhusudhan表示，確認Hycean星球生命存在的主要困難在于獲得所需的觀察數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，并以可靠方式對其進行解釋，以檢測生物印記。

他們已經(jīng)確定了大量潛在的Hycean星球樣本，這些樣本是使用下一代望遠鏡，例如今年晚些時候發(fā)射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST) 進行詳細研究的主要候選者。對最有希望的候選者K2-18b使用韋伯望遠鏡觀測可能會發(fā)現(xiàn)一種或多種生物印記。

談及關(guān)于Hycean星球的下一步研究計劃時，Madhusudhan表示，“我們計劃對一些行星進行大氣觀測，調(diào)查其大氣成分。同時，我們還會進行理論研究，更詳細地了解這類行星的物理和化學過程?！?/p>

責任編輯_李躍群

校對_張艷