天文|里程碑事件：天文学家发现超级地球上可能存在水蒸气
两个独立的天文团队已经在超级地球K2-18b发现了水蒸气的迹象 。
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这是超级地球K2-18b系统的艺术构想图：它包含了主恒星和一个伴星
欧航局/哈勃望远镜/M.科尔曼
两个不同的天文团队 ， 在超级地球K2-18b的大气层表面都探测到了水蒸气 ， 这无疑是外星探索进程的里程碑 。
这个行星是岩石态的 ， 但它并不是地球的孪生儿 。 K2-18b属于超级地球 ， 半径大约是地球的3倍 ， 重量在7-10倍之间 。 超级地球是一种在太阳系中并不存在 ， 但在银河系中数量丰富的行星 。 一些带有庞大气态壳层的超级地球被证明是类似于亚海王星的天体 ， 但是这类行星的平均密度又近似于月球和火星的密度 。
到目前为止 ， 测量超级地球大气层的尝试失败了 ， 要么是因为厚厚的云层(如格利泽1214 b和HD 97658 b) ， 就是因为一种只有氢和氦的轻质、无特色的大气层(如坎昆55) ， 或者没有大气层 ， 也没有云(就像TRAPPIST-1系统中的六颗行星一样） 。
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K2-18b很引人注目 ， 部分原因在于它像TRAPPIST-1行星一样 ， 在红矮星的栖息圈里运行 。 它每33天绕着它的恒星转一圈 ， 但是这颗恒星提供的光只够刚好让水保留在行星表面 ， 这颗恒星不到太阳的一半大 ， 比太阳更红更暗 。 在仅仅110光年之外 ， 这个超级地球似乎是进一步研究超级气球大气层的一个很好的候选者 。
水的存在
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比约恩·本尼克(蒙特利尔大学)带领一个团队 ， 使用哈勃太空望远镜 ， 观察这颗行星穿过其恒星的表面 。 该小组对其中八次凌日的分析 ， 以及开普勒和斯皮策太空望远镜观测到的凌日 ， 将发表在《天文学杂志》上 。 伦敦大学学院的另一个团队 ， 主要作者安热洛斯·齐阿拉斯 ， 现已公开研究数据 ， 并在9月11日出版的《自然天文学》杂志上发表了一篇对哈勃数据的独立分析 。
两个团队都探索出水蒸气几乎肯定存在于这个超级地球的大气中 。 除此之外 ， 其余数据是模糊的:不清楚有多少水存在 ， 或者以什么形式存在 。
这在很大程度上是因为研究人员在这颗行星经过它的宿主恒星前时获取了它的透射光谱——也就是说 ， 他们是在恒星的透射光穿过行星大气层的一小片区域时进行观察 。
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美国宇航局科学家在五颗炽热木星的大气层中发现了微弱的水的迹象 。 所有五颗行星似乎都有高空薄雾 ， 这减弱了大气层深处的水信号 。
这种观察没有给出很多关于温度和压力是如何随高度变化的信息 ， 这让天文学家对从这个岩石星球的组成到结构的一切都一无所知 。 有猜想 ， 这个星球可能是一个水的世界 ， 但这是一个目前不能进行证实或是否定的猜想 。
“我们真的对于从这些观察中所能提取的数据十分谨慎对待 ， ”乔万娜·蒂内蒂(伦敦大学)说 。
这是一个怎样的世界?
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伦敦大学学院团队的英戈·沃尔德曼解释说 ， 三种不同的情况同样符合观察数据:大气可以是含有大量水的纯氢；也可以是含有少量水的氢和氮；或者第三种选择是考虑到氢大气层、一个“极小微粒”的水 ， 以及高海拔的云层或模糊的烟雾 。
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本尼克和他的同事提出了另一个可能选择:除水蒸气外 ， 还有液态水 。 他们的计算表明 ， 在这个世界的中层大气中可能会下雨 。
获取更多的数据将有助于确定这些假设是否正确 。 哈勃为研究水的存在提供了理想的波长范围 ， 这对于研究其他超级地球也更加适用 。 此后 ， 詹姆斯·韦伯太空望远镜将提供更宽的波长范围和更高分辨率的光谱 ， 这将是探索这个世界的关键 。
作者: skyandtelescope
FY: 句号兽
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