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巨大的「眼球」是尋找太陽系外生命的理想場所

2024-07-09科學

2017年發現的一顆系外行星被認為是太陽系外最有可能存在生命的地方之一,現在它變得更有希望了,也更奇怪了。

外星世界LHS-1140b顯示出成為「眼球」行星的跡象,它的全球海洋被冰覆蓋,還有一個大約4000公裏(約2500英裏)的虹膜狀區域,永久地凝視著它的主星。

蒙特利爾大學的天體物理學家 卓思·卡迪厄( Charles Cadieux)說:「在所有目前已知的溫帶系外行星中,LHS-1140b很可能是我們將來間接確認太陽系外外星世界表面存在液態水的最佳選擇。這將是尋找潛在宜居系外行星的一個重要裏程碑。」

LHS-1140b的發現是在幾年前宣布的,它的半徑是地球的1.73倍,質素是地球的5.6倍;比我們自己的星球大,但仍然足夠小,可以被認為是一個陸地世界。它與恒星的軌域距離也比地球近得多,在不到25天的時間內完成了整個軌域。

如果那顆恒星和太陽一樣,那對生命來說太近了。相反,它是一顆寒冷、昏暗的紅矮星,所以恒星和系外行星之間的距離正好在我們所說的宜居帶。這個溫度不會低到所有的地表水都會結冰,但也不會高到讓所有的水都蒸發殆盡。

即便如此,如此近的距離意味著這顆系外行星很可能被潮汐釘選。這時它的旋轉周期和軌域周期是同步的,所以它的同一面總是朝向恒星。這與我們在地球和月球上看到的現象是一樣的,這也是為什麽我們從來沒有看到它遠離地球的那一面。

處於宜居地帶並不意味著它擁有維持生命的必要條件。為了更多地了解LHS-1140b的化學成分,我們需要觀察它的大氣層,如果它有大氣層的話。這就是 卡迪厄 和他的同事們所做的,利用占士韋伯太空望遠鏡(JWST)的力量。

這個系統距離我們不到50光年,離我們足夠近,我們可以收集到當這顆系外行星從地球和恒星之間經過時光線變化的詳細資訊。一些星光會穿過大氣層;當它這樣做時,一些波長被內部的原子吸收或放大。透過觀察哪些波長受到影響,可以確定哪些原子在工作。

透過這樣做,研究人員能夠初步確定氮的存在,氮是地球大氣中的主要成分。如果LHS-1140b是氣態的,就像一個小小的海王星,它就會有一個更富氫的大氣層。氮元素的存在表明,這顆系外行星存在一種次級大氣層,這種大氣層是在這顆系外行星誕生後形成的,而不是與之一起形成的。

在去年發表的一項研究中,研究小組還結合了LHS-1140b的密度和半徑來計算它的密度。他們得到的數據是每立方厘米5.9克。對於一個完全由巖石組成的世界來說,這是不夠稠密的;考慮到它的大小,最適合的要麽是迷你海王星,要麽是海洋覆蓋的水世界。如果我們排除了迷你海王星,我們剩下的就是一顆全球性的海洋系外行星了。

然而,考慮到潮汐釘選,這個全球海洋可能不是你想象的那樣。永久背向恒星的那一面可能冷到足以結冰。只有正對著恒星的那一小塊溫度足夠高,可以融化,這就形成了一個看起來像在太空中盤旋的令人毛骨悚然的眼球世界。

然而,這片區域的表面溫度可以達到非常溫暖的20攝氏度(68華氏度),足以維持繁榮的海洋生態系。

我們不確定發生了什麽,但它看起來是我們迄今為止在我們自己的星球社區之外的一個奇異的外星生態系中最有希望的候選者,所以你可以打賭,會有更多的人盯著那個奇怪的(可能的)眼球。

蒙特利爾大學的物理學家RenéDoyon說:「在一顆溫帶行星上探測類似地球的大氣層,將韋伯的能力推向了極限 —— 這是可行的;我們只需要大量的觀測時間。」

「目前,關於富含氮的大氣層的暗示需要更多的數據來證實。我們至少還需要一年的觀測來確認LHS 1140b有大氣層,可能還需要兩到三年的時間來探測二氧化碳。」

這項研究已被【天體物理學雜誌通訊】接受,並可在arXiv上查閱。

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