一個天文學家小組對溫帶系外行星LHS 1140 b 有了令人興奮的發現：它可能是一顆覆蓋著冰或水的”超級地球”。 LHS 1140 b曾被認為是一顆小型海王星，現在根據詹姆斯-韋伯太空望遠鏡的數據，它可能是一顆擁有富氮大氣層的超級地球。它位於宜居帶，可能具備有利於液態水的條件，因此成為未來天體生物學研究的重點。

溫帶系外行星LHS 1140 b可能是完全被冰覆蓋的世界（左圖），類似木星的衛星歐羅巴，也可能是擁有液態亞星級海洋和多雲大氣層的冰雪世界（中圖）。 LHS 1140 b的大小是我們地球的1.7倍（右圖），是目前在太陽系外尋找液態水的過程中發現的最有希望的宜居帶系外行星。資料來源：蒙特婁大學Benoit Gougeon

系外行星LHS 1140 b 剛被發現時，天文學家猜測它可能是一顆小型海王星。這意味著它基本上是一顆氣態行星，但與海王星相比體積非常小。然而，在分析了詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）於2023年12月收集到的數據–結合之前其他太空望遠鏡（如斯皮策、哈伯和TESS）的數據–之後，科學家們得出了一個截然不同的結論。

LHS 1140 b位於距離地球約48光年的鯨魚座，似乎是其恆星宜居帶中最有希望的系外行星之一，可能蘊藏著大氣層甚至液態水海洋。蒙特婁大學天文學家的這項發現結果可在ArXiv 上查閱，並將很快發表在《天文物理學期刊通訊》（TheAstrophysical Journal Letters）上。

作為迄今為止最先進的太空望遠鏡，詹姆斯-韋伯太空望遠鏡在系外行星研究方面表現出色。它的尖端技術可以讓天文學家探測遙遠世界的大氣層，分析它們的組成，評估它們支持生命的潛力。資料來源：諾斯魯普-格魯曼公司

LHS 1140 b 是一顆系外行星，圍繞著一顆低質量紅矮星運行，體積約為太陽的五分之一，它是距離太陽系最近的系外行星之一，位於恆星的宜居帶內，因此吸引了科學家們的目光。在這個”金髮地帶”發現的系外行星，其溫度可以讓水以液態形式存在–液態水是我們所知的地球生命的關鍵元素。

今年早些時候，由René Doyon教授指導的UdeM特羅蒂埃系外行星研究所（iREx）的博士生Charles Cadieux領導的研究人員報告了LHS 1140 b的新的質量和半徑估計值，其精確度堪比著名的TRAPPIST-1行星：其大小是地球的1.7 倍，質量是地球的5.6 倍。

Charles Cadieux 是特羅蒂埃系外行星研究所和蒙特利爾大學的博士生，也是這篇論文的第一作者。資料來源

關於LHS 1140 b 的一個關鍵問題是，它究竟是一顆迷你海王星型系外行星（具有濃厚富氫大氣層的小型氣態巨行星），還是一顆超級地球（比地球大的岩石行星）。後一種情況包括所謂的”海洋世界”的可能性，它有一個全球液態海洋，被一個富氫大氣層所包裹，會顯示出明顯的大氣層信號，可以用強大的韋伯望遠鏡觀測到。

透過激烈的競爭，該天文學家團隊於去年12月獲得了寶貴的”主任自由支配時間”（DDT），在此期間使用加拿大製造的NIRISS（近紅外線成像儀和無縫光譜儀）儀器觀測了LHS 1140 b的兩次凌日。這項DDT 計劃是韋伯望遠鏡運行近兩年來專門用於研究系外行星的第二個計劃，凸顯了這些發現的重要性和潛在影響。

對這些觀測數據的分析有力地排除了迷你海王星的可能性，有誘人的證據表明系外行星LHS 1140 b是一顆超級地球，甚至可能有一個富含氮的大氣層。如果這一結果得到證實，LHS 1140 b 將是第一顆顯示出二次大氣層證據的溫帶行星，它是在行星最初形成之後形成的。

根據所有累積的數據進行的估算顯示，LHS 1140 b 的密度低於類似地球成分的岩石行星的預期密度，這表明其質量的10%到20%可能是由水組成的。這項發現表明，LHS 1140 b 是一個引人注目的水世界，很可能類似於一顆雪球或冰雪行星，在亞恆星點有一個潛在的液態海洋，由於行星的預期同步自轉（很像地球上的月球），行星表面的這一區域將始終朝向該系統的主恆星。

René Doyon。資料來源：蒙特婁大學Amélie Philibert

“在目前已知的所有溫帶系外行星中，LHS 1140 b很可能是我們有朝一日間接確認太陽系外的外星世界表面存在液態水的最佳選擇，”新研究的第一作者卡迪厄（Cadieux ）說。 “這將是尋找潛在宜居系外行星的一個重要里程碑”。

雖然這只是一個初步結果，但LHS 1140 b 上富含氮的大氣層的存在表明，這顆行星保留了大量的大氣層，創造了可能支持液態水的條件。這項發現傾向於認為水世界/雪球設想是最合理的。

目前的模型表明，如果LHS 1140 b 擁有類似地球的大氣層，那麼它將是一顆滾雪球般的行星，擁有一個直徑約4000 公里的巨大”牛眼”海洋，相當於大西洋表面積的一半。這個外星海洋中心的表面溫度甚至可以達到舒適的攝氏20度。

LHS 1140 b的潛在大氣層和液態水的有利條件使其成為未來宜居性研究的一個特殊候選者。由於這顆行星位於恆星的宜居帶，而且其大氣層有可能保留熱量並支持穩定的氣候，因此它為研究一個可以支持生命的世界提供了一個獨特的機會。

要確認LHS 1140 b大氣層的存在和組成，並區分雪球行星和牛眼海洋行星兩種情況，還需要進一步的觀測。研究小組強調需要利用韋伯望遠鏡進行更多的凌日和日食測量，重點是一個可能揭示二氧化碳存在的特定訊號。這項特徵對於了解大氣成分和探測潛在的溫室氣體至關重要，而溫室氣體可能預示著系外行星上的宜居條件。

Doyon說：”在一顆溫帶行星上探測到類似地球的大氣層是將韋伯望遠鏡的能力推向極限–這是可行的；我們只是需要大量的觀測時間，目前關於富氮大氣的提示需要更多的數據來證實。 ，以確定LHS 1140 b是否具有宜居的表面條件。他同時也是NIRISS 儀器的首席研究員。

由於LHS 1140 b 在韋伯望遠鏡中的能見度有限（每年最多只能訪問八次），天文學家將需要數年的觀測才能探測到二氧化碳並確認該行星表面是否存在液態水。

編譯自/ ScitechDaily