天文学家利用詹姆斯·韦伯太空望远镜数据在宜居带发现令人惊讶的冰世界
一组天文学家发现一颗温带系外行星是一个有希望的超级地球冰或水世界。蒙特利尔大学牵头的研究结果表明，宜居带系外行星 LHS 1140 b 不太可能是迷你海王星，后者是一颗小型的所谓气态巨行星（主要由气体组成），拥有浓厚的富氢大气层。这颗行星位于鲸鱼座，距离地球约 48 光年，是已知最有希望的宜居带系外行星候选者之一，可能拥有大气层，甚至液态水海洋。
詹姆斯韦伯太空望远镜 (JWST) 的数据于 2023 年 12 月收集，并与其他太空望远镜斯皮策、哈勃和 TESS 的先前数据一起巩固了这一结果，该结果本周已被《天体物理学杂志快报》接受发表，目前可在arXiv预印本服务器上获取。
“这是我们第一次在宜居带岩石或富含冰的系外行星上发现大气层的迹象。探测小型岩石星球上的大气层是詹姆斯·韦伯太空望远镜的主要目标，但这些信号比巨行星大气层更难发现，”密歇根大学天文系 NASA 萨根研究员 Ryan MacDonald 说道，他是 LHS 1140 b 大气层分析的关键人物。
“LHS 1140 b 是宜居带中最好的小型系外行星之一，能够支持浓厚的大气层，我们可能刚刚发现了这颗星球上存在空气的证据。”
LHS 1140 b，一个潜在的宜居星球
LHS 1140 b 是一颗围绕一颗低质量红矮星运行的系外行星，其大小约为太阳的五分之一。由于它是距离太阳系最近的系外行星之一，并且位于其恒星的宜居带内，因此它吸引了科学家的关注。在这个“宜居带”内发现的系外行星的温度允许水以液态形式存在，而水是我们所知的地球上生命的关键元素。
关于 LHS 1140 b 的一个关键问题是，它是一颗迷你海王星类型的系外行星还是一颗超级地球（比地球大的岩石或富水行星）。
“在目前已知的所有温带系外行星中，LHS 1140 b 很可能是我们在未来某一天间接证实太阳系外外星世界表面存在液态水的最佳选择，”这篇科学论文的主要作者、蒙特利尔大学博士生查尔斯·卡迪厄 (Charles Cadieux) 表示。“这将是寻找潜在宜居系外行星的一个重要里程碑。”
詹姆斯·韦伯太空望远镜数据带来新见解
对该团队的观测结果进行分析，强烈排除了迷你海王星的假设，有证据表明系外行星 LHS 1140 b 是一颗超级地球，甚至可能拥有像地球一样富含氮气的大气层。然而，该团队警告说，需要使用 JWST 观测进行额外观测，以确认氮气的特征。
根据所有累积数据进行的估计显示，LHS 1140 b 的密度低于预期的具有类似地球成分的岩石行星，这表明其 10% 到 20% 的质量可能由水组成。这一发现表明 LHS 1140 b 是一个引人注目的水世界候选者，可能类似于雪球或冰行星，在恒星下点处可能存在液态海洋，或者由于行星的同步旋转（很像地球的月球），行星表面的区域将始终面向系统的主恒星。
可能存在大气和海洋
MacDonald 进行了大气检索分析，结果表明 LHS 1140 b 拥有富氮大气，可能与地球大气相似，地球大气的氮含量为 78%。虽然这仍只是一个初步结果，但富氮大气的存在表明该行星保留了大量大气，创造了可能支持液态水存在的条件。
这一发现支持了水世界/雪球情景的合理性。目前的模型表明，如果 LHS 1140 b 拥有类似地球的大气层，它将是一颗雪球行星，其靶心海洋直径约为 4,000 公里，相当于大西洋表面面积的一半。这片外星海洋中心的表面温度甚至可能达到舒适的 20 摄氏度。
LHS 1140 b 的潜在大气和液态水有利条件使其成为未来宜居性研究的绝佳候选者。鉴于其位于宜居带，并且很可能拥有能够保持热量并维持稳定气候的大气层，这颗行星为研究可以维持生命的世界提供了独特的机会。
“这是我们第一次看到宜居带超级地球的大气层。与其他已知的宜居带系外行星（如 TRAPPIST-1 系统中的行星）相比，恒星 LHS 1140 似乎更平静、更不活跃，这使得将 LHS 1140 b 的大气层与星斑引起的恒星信号区分开来变得容易得多，”麦克唐纳说。
“我们利用詹姆斯韦伯太空望远镜对 LHS 1140 b 进行的初步勘察显示，这可能是目前已知的、大气特征最丰富的宜居带系外行星。虽然我们需要更多的詹姆斯韦伯太空望远镜观测来确认富氮大气，并寻找其他气体，但这是一个非常有希望的开始。”
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