發現新類型宜居系外行星代表在尋找生命踏出一大步

天文學家確定一類與我們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，這可以大大加快對太陽系外生命的搜尋。

在尋找其它地方的生命時，天文學家主要尋找與地球大小、質量、溫度和大氣成分相似的行星。然而，劍橋大學的天文學家認為還有更多有希望的可能性。

研究人員已經確定了一類新的宜居行星，稱為海氫（Hycean，ocean-covered with hydrogen-rich atmospheres 合併的新名詞）行星，是一些熱的、有海洋覆蓋的行星，具有大量氫的大氣層，它們比類地行星數量更多、更易觀測。

研究人員表示結果可能意味著在未來兩三年內找到太陽系外生命的生物特徵是一種真正的可能性。

領導這項研究的劍橋天文學研究所的尼庫·馬杜蘇丹（Nikku Madhusudhan）博士說：「海氫行星為我們尋找其它地方的生命開闢了一條全新的途徑。」

研究人員確定的許多主要海氫行星候選者比地球更大更熱，但仍然具有容納大海洋的特徵，可以支持類似於地球上一些最極端水生環境中發現的微生物生命。

與類地行星相比，這些行星還允許更廣泛的適居帶。這意味著即使它們位於與地球相似的行星才能宜居的範圍之外，它們仍然可以維持生命。

自從近三十年前發現第一顆系外行星以來，已經發現了數千顆太陽系外的行星。絕大多數是地球和海王星大小之間的行星，通常稱為「超級地球」或「迷你海王星」：它們可能主要是具有大量氫氣大氣層的岩石或冰巨星，或者介於兩者之間。

大多數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樣擁有岩石內部。對此類行星的早期研究發現，它們含有大量氫氣的大氣層下的壓力和溫度太高，無法維持生命。

然而，馬杜蘇丹團隊最近對迷你海王星K2-18b進行的一項研究發現，在某些條件下，這些行星可以支持生命存在。結果導致對可能存在這些條件的所有行星和恆星特性、那些已知系外行星可能滿足這些條件以及它們的生物特徵是否可以觀察到進行詳細調查。

研究人員發現，海氫行星可以比地球大2.6倍，大氣溫度高達近攝氏二百度，但它們的海洋條件可能類似於有利於地球海洋中微生物生命的條件。此類行星還包括潮汐鎖定的黑暗氫海世界，它們可能僅在其永久的夜間一側具有宜居條件，以及寒冷的海氫行星，它們收到的恆星輻射很少。

這種大小的行星在已知的系外行星種群中佔主導地位，儘管對它們的研究幾乎沒有超級地球那麼詳細。海氫行星世界可能很常見，這意味著在銀河系其它地方尋找生命的最有希望的地方可能一直隱藏在顯眼的地方。

然而，僅靠大小並不足以確認一顆行星是否為海氫行星：需要確認質量、溫度和大氣特性等其它方面數據。

在試圖確定數光年外行星的情況時，天文學家首先需要確定這顆行星是否位於其恆星的宜居帶，然後尋找分子特徵來推斷行星的大氣和內部結構，這控制地表條件、海洋的存在和生命的潛力。

天文學家也在尋找某些可能表明存在生命的生物特徵。大多數情況下，這些是氧氣、臭氧、甲烷和一氧化二氮，它們都存在於地球上。還有許多其他生物標誌物，例如氯甲烷和二甲硫醚，它們在地球上的含量較少，但可以作為具有富氫大氣的行星上生命的有希望的指標，而這些行星的氧氣或臭氧可能不那麼豐富。

令人興奮的是，宜居條件可能存在於與地球如此不同的行星上。馬杜蘇丹和他的團隊發現，在不久的將來，通過光譜觀測可以很容易地檢測到許多預計存在於海氫行星大氣中的陸地生物標誌物。海氫行星更大的尺寸、更高的溫度和含大量氫氣的大氣使得它們的大氣特徵比類地行星更容易探測到。

劍橋團隊確定了大量潛在的海氫行星樣本，這些樣本是使用下一代望遠鏡進行詳細研究的主要候選者，例如將於今年晚些時候發射的韋伯太空望遠鏡 (James Webb Space Telescope)。這些行星都在三十五到一百五十光年之外圍繞紅矮星運行：按照天文標準接近。對最有希望的候選者K2-18b，韋伯太空望遠鏡可能會導致檢測到一種或多種生物分子特徵。

【圖、文：節譯自英國劍橋大學2021年8月26日新聞公佈】研究全文刊登在2021年8月24日出版 arXiv 論文預印本網站 標題是：Habitability and Biosignatures of Hycean Worlds