美國國家航空航天局（NASA）的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）對一顆質量為地球8.6倍的系外行星K2-18 b進行了一項新的調查，發現了包括甲烷和二氧化碳在內的含碳分子的存在。韋伯的這一發現補充了最近的研究，這些研究表明K2-18 b可能是一顆”海洋”系外行星，它有可能擁有富氫大氣層和被水海洋覆蓋的表面。

這幅藝術家的概念圖展示了根據科學數據繪製的系外行星K2-18 b的樣子。K2-18 b是一顆系外行星，質量是地球的8.6倍，它圍繞著位於宜居帶的冷矮星K2-18運行，距離地球120光年。美國國家航空航天局的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡對K2-18 b進行了一項新的調查，發現了包括甲烷和二氧化碳在內的含碳分子的存在。甲烷和二氧化碳的大量存在以及氨的缺乏支持了這樣一種假設，即在K2-18 b的富氫大氣層下可能存在一個水海洋。

美國國家航空航天局哈勃太空望遠鏡的觀測首次揭示了這顆宜居帶系外行星的大氣特性，隨後的進一步研究改變了我們對該系統的認識。

K2-18 b圍繞著位於宜居帶的冷矮星K2-18運行，距離地球120光年，位於獅子座。K2-18 b等系外行星的大小介於地球和海王星之間，與太陽系中的任何行星都不同。由於附近沒有類似的行星，因此人們對這些”亞海王星”的了解甚少，天文學家們對其大氣層的性質也爭論不休。

亞海王星K2-18 b可能是一顆水洋系外行星的說法令人好奇，因為一些天文學家認為，這些世界是尋找系外行星生命證據的理想環境。

用韋伯的近紅外成像儀和無縫攝譜儀（NIRISS）以及近紅外攝譜儀（NIRSpec）獲得的K2-18 b的光譜顯示，這顆系外行星的大氣層中含有大量甲烷和二氧化碳，還可能探測到一種叫做二甲基硫醚（DMS）的分子。K2-18 b的質量是地球的8.6倍，圍繞位於宜居帶的冷矮星K2-18運行，距離地球120光年。資料來源：NASA、ESA、CSA、Ralf Crawford（STScI）、Joseph Olmsted（STScI）、Nikku Madhusudhan（IoA）

劍橋大學天文學家、公佈這些結果的論文的第一作者尼庫-馬德胡蘇丹解釋說：”我們的發現強調了在尋找其他地方的生命時考慮各種宜居環境的重要性。傳統上，在系外行星上尋找生命的工作主要集中在較小的岩石行星上，但較大的海王星世界明顯更有利於大氣觀測”。

甲烷和二氧化碳含量豐富，而氨含量不足，這支持了在K2-18 b的富氫大氣層下可能存在水海洋的假設。在地球上，只有生命才會產生這種物質。地球大氣中的大部分DMS 是由海洋環境中的浮游植物釋放的。

DMS 的推斷不太可靠，需要進一步驗證。”即將進行的韋伯觀測應該能夠證實K2-18 b的大氣中是否確實存在大量的DMS，”Madhusudhan解釋說。

雖然K2-18 b位於宜居帶，而且現在已知它蘊藏著含碳分子，但這並不一定意味著這顆行星能夠孕育生命。這顆行星的體積很大，半徑是地球半徑的2.6倍，這意味著行星內部很可能含有大量的高壓冰幔，就像海王星一樣，但是富氫大氣層和海洋表面較薄。據預測，海洋世界將擁有水的海洋。不過，也有可能海洋溫度過高，不適合居住，或者是液態的。

卡迪夫大學的蘇巴吉特-薩卡爾（Subhajit Sarkar）解釋說：”雖然太陽系中不存在這種行星，但亞海王星是迄今為止銀河系中最常見的行星類型。我們獲得了宜居帶亞海王星迄今為止最詳細的光譜，這使我們能夠計算出其大氣層中存在的分子”。

描述像K2-18 b這樣的系外行星的大氣層–即確定其氣體和物理條件–是天文學中一個非常活躍的領域。然而，這些行星在體積大得多的母恆星的耀眼光芒下顯得黯然失色，這使得探索系外行星大氣層變得尤為具有挑戰性。

研究小組通過分析K2-18 b 母恆星穿過系外行星大氣層時發出的光線，避開了這一挑戰。K2-18 b是一顆凌日系外行星，這意味著當它穿過母恆星表面時，我們可以探測到亮度的下降。2015年，NASA的K2任務就是這樣首次發現這顆系外行星的。這意味著在凌日過程中，極小一部分星光會穿過系外行星的大氣層，然後到達韋伯望遠鏡這樣的望遠鏡。星光穿過系外行星大氣層時會留下痕跡，天文學家可以將這些痕跡拼湊起來，從而確定係外行星大氣層中的氣體。

詹姆斯-韋伯的能力和未來研究

“這一結果之所以能夠實現，是因為韋伯望遠鏡的波長范圍擴大，靈敏度空前，只需兩次凌日就能對光譜特徵進行強有力的探測，”馬德胡蘇丹說。”相比之下，用韋伯望遠鏡進行的一次凌日觀測與用哈勃望遠鏡在相對較窄的波長范圍內進行的八次觀測（歷時數年）的精度相當。

劍橋大學的Savvas Constantinou 解釋說：”這些結果僅僅是對K2-18 b 進行兩次觀測的結果，還有更多的觀測結果正在進行中。這意味著我們在這裡的工作只是韋伯能觀測到的宜居帶系外行星的早期展示。”

研究小組的研究成果已被接受發表在《天體物理學雜誌通訊》上。

研究小組現在打算利用望遠鏡的中紅外光譜儀（MIRI）進行後續研究，他們希望這將進一步驗證他們的發現，並為K2-18 b的環境條件提供新的見解。

“我們的最終目標是在宜居系外行星上發現生命，這將改變我們對我們在宇宙中的位置的認識，”馬德胡蘇丹總結道。”在這一探索過程中，我們的發現是朝著更深入地了解水星世界邁出的充滿希望的一步。”

美國國家航空航天局的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡是世界上最重要的太空科學觀測站。它正在揭開太陽系的神秘面紗，眺望其他恆星周圍的遙遠世界，探索宇宙的神秘結構和起源以及我們在宇宙中的位置。韋伯望遠鏡是一項國際計劃，由美國國家航空航天局（NASA）領導，其合作夥伴包括歐洲航天局（ESA）和加拿大航天局（Canadian Space Agency）。