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宜居星球不只是類地行星氫海行星上的海洋或能孕育生命

2021-09-15 09:45:13來源：科技日報

在超級地球和超小海王星之間，還可能存在另外一種行星，即氫海行星。這種行星的氫氣包層很薄，使得海洋表面壓強不是特別大，能夠支撐生命存在。對K2-18b的觀測發現，也證明了符合上述構想的系外行星是存在的。

鄒遠川華中科技大學物理學院教授

探索宇宙，尋找外星生命，人類又邁出了一小步。

近日，來自英國劍橋大學的天文學家認為，氫海系外行星或是孕育外星生命的“搖籃”。研究團隊發表論文稱，他們發現了一類新的宜居行星，這種系外行星的質量是地球的幾倍，擁有巨大的液態水海洋和富含氫氣的大氣層，被稱為氫海行星。

也許在不久的將來，人類就能夠在一顆意想不到的星球上，發現地外生命。

宜居星球不只是類地行星

“目前比較可信的氫海行星只有K2-18b一個。”鄒遠川直言，氫海行星是一個擁有主要由氫氣所構成的薄大氣層，以及由液態水(海洋)作為行星表層的系外行星。

這種行星質量范圍比較廣，大致在1個到10個地球質量之間，鄒遠川說，以目前的觀測來看，氫海行星的質量，正好處在人類能觀測到的地外行星主要質量范圍內。但其大氣只占總質量的百萬分之一左右，“氫海行星大氣層很薄，要發現并確定它們并不容易。”鄒遠川說。

自20世紀90年代初，人類首次發現太陽系之外的行星以來，我們已經發現了數千顆系外行星。在已知的數千顆系外行星中，絕大多數行星質量在地球和海王星之間，它們通常被稱為超級地球或超小海王星，大多為大氣富含氫的巖質行星和冰質巨行星，或介于兩者之間的行星。氫海行星此前就被歸屬于超小海王星。

目前，地球是人類唯一知曉存在生命的天體。在系外行星搜索中，我們始終把尋找生命跡象視為重頭戲。為此，天文學家主要關注與地球體積、質量、溫度和大氣成分相似的行星，即類地行星。

而在劍橋大學的最新研究中，研究人員認為或許不只有類地行星才宜居，此前曾被認定為非宜居行星的氫海行星，也有可能孕育生命。研究小組成員表示，氫海行星在整個銀河系中似乎極其常見，它們可能擁有“極端生物”，如同能在地球上最惡劣環境中繁衍生息的生物一般。

研究人員認為，氫海行星通常比地球更炎熱，其大氣溫度或高達200攝氏度，具體情況取決于它們的宿主恒星及其與宿主恒星的距離。

盡管氫海行星與地球有著不同的特性，但仍具有容納大型海洋的特征，在富含氫的大氣層下，或存在著行星尺度的巨大海洋。

鄒遠川介紹，與類地行星相比，氫海行星可能存在于恒星周圍更廣的空間范圍。這就意味著，即使位于宜居帶范圍之外，仍有機會找到能夠孕育生命的行星。這個發現或可改寫我們對于“宜居帶”的一般性認識。

氫海行星上的海洋或能孕育生命

鄒遠川介紹，氫海行星的質量在地球和海王星之間。同樣在此質量區間，大多數超小海王星則沒有支撐生命存在的條件。大多數超小海王星的質量超過地球的1.6倍。雖然這一質量要比海王星小，但還是太大了，無法像地球一樣擁有巖質的內部結構。“生命不能在氣體中誕生，只能在巖石核上，如果氣體太厚，巖石所處的氣壓太高，生命就無法存在。”他說。

早期對這類行星的研究認為，它們富含氫的大氣之下，壓力和溫度過高，無法支持生命存在。而劍橋大學研究團隊最近對K2-18b的研究發現，在某些條件下，這類行星仍有機會支持生命繁衍。

這一發現讓該團隊開始對相關行星和恒星性質開展了更加全面、詳細的調查，尋找已知或未知的系外行星中哪些可能滿足這些條件，以及是否有機會觀測到它們的生物信號。

鄒遠川說，這類行星還包含潮汐鎖定的暗氫海行星，它們可能只有在永久背陰面具有宜居條件;還包括只能接收到來自恒星少量輻射的冷氫海行星。

也有研究認為，氫海行星有條件支持地外生命存在的觀點，更重要的是這類行星的數量和可觀測性均高于類地行星，這將大大加速人類對太陽系之外的生命搜索工作。

“最新的研究成果并沒有推翻之前的行星研究結論。”鄒遠川坦言，新研究只是說在超級地球和超小海王星之間，還可能存在另外一種行星，即氫海行星。這種行星的氫氣包層很薄，使得海洋表面壓強不是特別大，能夠支撐生命存在。對K2-18b的觀測發現，也證明了符合上述構想的系外行星是存在的。

生命形態極可能是微生物

可以肯定的是，氫海行星為人類在尋找地外生命的道路上開辟了一條全新途徑。

劍橋大學研究人員認為，氫海行星大氣中可能存在一些微量的生物標記物。不久的將來，人類或許可以通過光譜觀測發現這些標記物。

目前，該研究團隊確定了一個相當大的潛在氫海行星樣本庫，這些樣本可以成為下一代望遠鏡詳細研究的候選對象。

同時，僅僅依靠質量大小不足以確認一顆行星的具體情況，還需從溫度和大氣性質等其他方面進行更詳細地研究。

鄒遠川說，氫海行星比類地行星尺寸更大、溫度更高，其大氣富含氫，使得它們的大氣特征更容易被探測到。

他介紹，類似氫海行星這樣的行星，在已知的系外行星中占了大多數。從光譜上探測氫海行星大氣中的生物標記，需要更加強大的望遠鏡，即將發射的詹姆斯·韋伯望遠鏡正是一個適合用于此項研究的望遠鏡。

從過程上看，對氫海行星的探測與探測類地行星是相同的，即先利用專用的行星探測望遠鏡找到地外行星，再在其中搜尋可能的候選體，然后利用超大望遠鏡進行詳細觀測。

值得注意的是，雖然氫海行星是一種可能孕育生命的行星，但一方面，可以成為氫海行星的限制條件仍比較多，目前比較可信的候選體也只有一個;另一方面，即便該類行星能夠孕育生命，也極有可能是微生物，因為氫海行星的大氣中沒有氧氣, 無法支撐需進行有氧呼吸的大型動植物存活。

鄒遠川介紹，對于尋找地外生命，目前的主流還是搜尋類地行星。如2009年至2013年，美國國家航空航天局(NASA)使用的開普勒空間望遠鏡;2018年發射、設計壽命到2020年但目前依然在服役的TESS小型空間望遠鏡;歐洲航天局在2015年發射、設計使用到2025年的PLATO空間望遠鏡，都是主要的地外行星發現者，但目前還沒有探測到一顆真正意義上的另一個地球。

鄒遠川說，目前我國上海天文臺研究員葛健提出了地球2.0計劃，經過長時間的觀測，有望找到質量、體積、軌道周期等各項參數都和地球一致的“姐妹星”，再利用大型望遠鏡對該行星進行有針對性的長時間觀測(包括成像和光譜觀測)，在鄒遠川看來，這將是最有可能找到地外生命的方式。

責任編輯：hnmd003