当你知道存在着这么一个离咱们不太远的、坐落宜居带内、有水的超级地球，你会作何感触？9月12日，英国伦敦大学学院（ULC）空间太阳系外化学数据中心的天文学家宣告一则重磅音讯，他们使用“哈勃”太空望远镜的数据，在系外行星K2-18b的大气层中发现了水蒸气。这是人类初次在坐落宜居带内的系外行星大气中发现水的痕迹。研讨论文宣布在 《天然天文学》（Nature Astronomy，Nature的子刊）上。
K2-18b的艺术幻想画（来历：ESA/Hubble；绘图：M. Kornmesser）
系外行星K2-18b是地球的近邻，间隔仅124光年，坐落狮子座（坐标11h30m14.518s，+07°35′18.257″），由“开普勒”望远镜第二阶段项目于2015年发现（K2）。其母星是一颗光谱型为M2.8的红矮星，质量与直径都大约为太阳的一半，光度为太阳的2.34%，体现温度约3500开。依据“开普勒”凌星法的丈量，K2-18b的直径大约地球的2.7倍，即可被称为“超级地球”，也可被称为“迷你海王星”，它间隔恒星仅0.14天文单位，处在“宜居带”内。由于这个恒星比较小，所以宜居带相对也比较近，估量为0.12–0.25天文单位（比较一下水星与太阳的间隔大约为0.38天文单位）。理论估测它取得的辐射水平仅比地球大一点点，约1441W/㎡（地球为1370W/㎡），平衡温度或许只高出地球8度左右。因此科学家们估测它或许具有液态水；但一起也有两个不确定的要素，一是它究竟有没有陆地会不会存在海洋，二是它处于潮汐确定，这意味着有一面一直对着自己的太阳，全球气温差异巨大，大气环境会很糟糕。
K2-18在空中的方位（来历：Wikipedia）
K2-18b被发现后，别的两个地基系外行星查找方案HARPS（全称为 “高精度视向速度行星查找”项目）和CARMENES（全称为西班牙“卡拉阿托根据近红外和中阶梯光栅摄谱仪的红矮星系外行星查找”项目）对其进行了证认，并经过视向速度法测出其质量大约是地球的8倍，它是个不折不扣的超级地球。根据这样的知道，研讨人员估测其密度仅为2.38g/cm ，这样的话，它的内部很或许不像地球那样存在高密度的铁核或硅酸盐成分，它有或许是个气态行星。
地球与K2-18b巨细比照（来历：NASA's Goddard Space Flight Center）
当恒星的光透过行星大气时会被吸收特定的能量，从而在光谱上留下显着的痕迹，经过这种办法能够估测行星大气的成分。由于K2-18b的巨细与其母星相比较算是很大了，并且它间隔地球足够近，大气吸收作用会体现更为显着些，加之K2-18b的公转周期仅32.94天，这给咱们留下大把的观测时机，所以天文学家们早早地就盯上它了。
K2-18b引起恒星的亮度改变（来历：NASA's Goddard Space Flight Center）
英国伦敦大学学院的研讨小组使用了“哈勃”太空望远镜2016年至2017年之间8次凌星观测数据，又结合了“开普勒”望远镜和“斯必泽”望远镜的数据，并开发了一套开源算法来剖析寄主星的光谱。研讨标明，这颗恒星自转速度略快于行星的公转周期，但没有任何依据标明红矮星上的黑子会打乱剖析。这颗红矮星比幻想中安静许多。
水分子对红外线的吸收主要由其结构中的羟基（-OH）的弹性振荡和变角振荡决议，一起光谱特征也会受水自身的物质组成以及各种水的状况的影响。水分子在红外波段的吸收线通常在1.18μm、1.4μm、1.94μm、2.5μm、6.3μm等处体现显着，不过也会遭到二氧化碳、甲烷分子的搅扰。其间，1.4μm处正好能被“哈勃”望远镜WFC3相机掩盖，这条光谱吸收线显得十分杰出。
水蒸气在红外波段的吸收谱（来历：Wikipedia）
研讨人员又把观测成果注入一个大气反演剖析模型，该模型能够测验含有各种成分的大气，拟合生成咱们所调查到的光谱最为匹配的光谱组合。测验的潜在成分包括H2O、CH4、CO、CO2、NH3、HCN、H2S、C2H2、O2、OH、PH3、Na、K、TiO、SiO、H 、VO、HDO和FeH。该软件乃至还考虑了云层的存在，由于云层会散射不同波长的光。成果显现，包括水蒸气的模型所发生的光谱与观测到的恒星K2-18的光谱更为匹配，并且信号的置信度达到了3.9σ的水平，也就是说模型拟合的可靠性超过了99.97%！一起，模型也证明了该行星大气中存在氢和氦，关于它是气态行星的猜想有或许是正确的。
恒星K2-18的水蒸气吸收谱（来历：Bjorn Benneke et al. arXiv:1909.04642）
此外，该模型还标明，水蒸气或许会在必定高度凝聚，这与观测到的云层痕迹共同。假设存在显着的高空凝聚，那么K2-18b的大气中也或许存在相似水循环的现象。不过，咱们无法得知是否确有凝聚水会下降外表，只有当它有陆地才干承托住这些凝聚水；亦或许在稠密的大气下构成一个“浮在空中的”液态水层。
K2-18b或许是个会“下雨”的星球（来历：ESA/Hubble；绘图：M. Kornmesser）
尽管这不是第一次探测到系外行星大气中有水（此前在HD 209458 b、WASP-12b、WASP-17b等行星上已有发现），但它们都不在宜居带内。所谓宜居带就是指有着合适生命寓居的温度，或许支撑液态水存在的区域，现在总算找到第一个合适的温度+水蒸气的系外行星了。不过，这并不意味着K2-18b是合适生命的——没有陆地不可、大气压强太高不可、假如氢氦为主也不可、红矮星活动太剧烈不可、潮汐确定也或许引起杂乱的大气环流……可是K2-18b的研讨含义十分严重，咱们的行星构成模型能够猜测它的大气组成，而对这些系外行星的知道又能协助咱们提高对行星构成理论的了解程度。K2-18b也是一个很大的引诱，值得咱们更细心地调查，它也给了咱们十分重要的启示，究竟像它那样的超级地球或迷你海王星份额适当高。
参考资料：
[1] Bjorn Benneke et al. Water Vapor on the Habitable-Zone Exoplanet K2-18b (arXiv:1909.04642)
[2]NASA’s Hubble Finds Water Vapor on Habitable-Zone Exoplanet for 1st Time
(https:///science/2019/09/first-water-detected-in-the-atmosphere-of-a-habitable-zone-planet/)
[4]https://en.wikipedia.org/wiki/K2-18bhttps://en.wikipedia.org/wiki/K2-18bhttps://en.wikipedia.org/wiki/K2-18bhttps://en.wikipedia.org/wiki/K2-18bhttps://en.wikipedia.org/wiki/K2-18b
[5] https://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_absorption_by_water
[6] http://spookydistance.com/solarhome/Water.html
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