发现新类型宜居系外行星代表在寻找生命踏出一大步

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天文学家确定一类与我们自己的系外行星非常不同但可以支持生命存在的新系外行星,这可以大大加快对太阳系外生命的搜寻。
在寻找其它地方的生命时,天文学家主要寻找与地球大小、质量、温度和大气成分相似的行星。 然而,剑桥大学的天文学家认为还有更多有希望的可能性。

研究人员已经确定了一类新的宜居行星,称为海氢(Hycean,ocean-covered with hydrogen-rich atmospheres 合并的新名词)行星,是一些热的、有海洋覆盖的行星,具有大量氢的大气层,它们比类地行星数量更多、更易观测。

研究人员表示结果可能意味着在未来两三年内找到太阳系外生命的生物特征是一种真正的可能性。

领导这项研究的剑桥天文学研究所的尼库·马杜苏丹(Nikku Madhusudhan)博士说:「海氢行星为我们寻找其它地方的生命开辟了一条全新的途径。」

研究人员确定的许多主要海氢行星候选者比地球更大更热,但仍然具有容纳大海洋的特征,可以支持类似于地球上一些最极端水生环境中发现的微生物生命。

类地行星相比,这些行星还允许更广泛的适居带。 这意味着即使它们位于与地球相似的行星才能宜居的范围之外,它们仍然可以维持生命。自从近三十年前发现第一颗系外行星以来,已经发现了数千颗太阳系外的行星。 绝大多数是地球和海王星大小之间的行星,通常称为「超级地球」或「迷你海王星」:它们可能主要是具有大量氢气大气层的岩石或冰巨星,或者介于两者之间。

大多数迷你海王星的大小是地球的1.6倍以上:比海王星小,但太大而不能像地球一样拥有岩石内部。 对此类行星的早期研究发现,它们含有大量氢气的大气层下的压力和温度太高,无法维持生命。然而,马杜苏丹团队最近对迷你海王星K2-18b进行的一项研究发现,在某些条件下,这些行星可以支持生命存在。 结果导致对可能存在这些条件的所有行星和恒星特性、那些已知系外行星可能满足这些条件以及它们的生物特征是否可以观察到进行详细调查。

研究人员发现,海氢行星可以比地球大2.6倍,大气温度高达近摄氏二百度,但它们的海洋条件可能类似于有利于地球海洋中微生物生命的条件。 此类行星还包括潮汐锁定的黑暗氢海世界,它们可能仅在其永久的夜间一侧具有宜居条件,以及寒冷的海氢行星,它们收到的恒星辐射很少。

这种大小的行星在已知的系外行星种群中占主导地位,尽管对它们的研究几乎没有超级地球那么详细。 海氢行星世界可能很常见,这意味着在银河系其它地方寻找生命的最有希望的地方可能一直隐藏在显眼的地方。然而,仅靠大小并不足以确认一颗行星是否为海氢行星:需要确认质量、温度和大气特性等其它方面数据。在试图确定数光年外行星的情况时,天文学家首先需要确定这颗行星是否位于其恒星的宜居带,然后寻找分子特征来推断行星的大气和内部结构,这控制地表条件、海洋的存在和生命的潜力。

天文学家也在寻找某些可能表明存在生命的生特征。 大多数情况下,这些是氧气、臭氧、甲烷和一氧化二氮,它们都存在于地球上。 还有许多其他生物标志物,例如氯甲烷和二甲硫醚,它们在地球上的含量较少,但可以作为具有富氢大气的行星上生命的有希望的指标,而这些行星的氧气或臭氧可能不那么丰富。

令人兴奋的是,宜居条件可能存在于与地球如此不同的行星上。 马杜罗苏丹和他的团队发现,在不久的将来,通过光谱观测可以很容易地检测到许多预计存在于海氢行星大气中的陆地生物标志物。 海氢行星更大的尺寸、更高的温度和含大量氢气的大气使得它们的大气特征比类地行星更容易探测到。

剑桥团队确定了大量潜在的海氢行星样本,这些样本是使用下一代望远镜进行详细研究的主要候选者,例如将于今年晚些时候发射的韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)。

这些行星都在三十五到一百五十光年之外围绕红矮星运行:按照天文标准接近。 对最有希望的候选者K2-18b,韦伯太空望远镜可能会导致检测到一种或多种生物分子特征。

【图、文:节译自英国剑桥大学2021年8月26日新闻公布】研究全文刊登在2021年8月24日出版 arXiv 论文预印本网站 标题是:Habitability and Biosignatures of Hycean Worlds

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