地球2.0？天文学家发现了可能具有适当生命条件的大型系外行星

艺术家对K2-18b的印象。

天文学家发现一颗系外行星可能是地球的两倍以上，这可能使它成为可居住的行星，这为寻找生命的行星打开了比地球大但小于海王星的行星。

剑桥大学的一个研究小组使用了系外行星K2-18b的质量，半径和大气数据，并确定了该行星有可能在其富氢大气下的适宜居住条件下容纳液态水。结果报道在《天体物理学杂志快报》上。

系外行星K2-18b距地球124光年，半径是地球的2.6倍，是地球质量的8.6倍，并且绕其恒星运行在可居住的区域内，在该区域温度可以使液态水存在。由于两个不同的团队报告说，在其富氢大气层中检测到水蒸气，因此在2019年秋季，该星球成为媒体大量报道的主题。然而，大气层的范围和内部内部条件仍然未知。

“在许多系外行星的大气层中都检测到了水蒸气，但是即使行星处于宜居区域，也未必意味着表面存在宜居环境，”剑桥大学自然科学研究所的Nikku Madhusudhan博士说。领导新研究的天文学。“要确定宜居性的前景，重要的是要对行星的内部和大气条件，尤其是液态水是否可以存在于大气层之下，有一个统一的了解。”

考虑到K2-18b的大尺寸，有人建议说它更像是小版本的海王星，而不是大版本的地球。预计“迷你海王星”将在高压水层周围有一个显着的氢“包络”，其核心是岩石和铁。如果氢封壳太厚，则下面的水层表面的温度和压力将太大而无法支撑寿命。

现在，Madhusudhan和他的团队已经表明，尽管K2-18b的尺寸很大，但其氢层不一定太厚，水层可能具有维持生命的适当条件。他们使用现有的大气观测以及质量和半径来确定大气和内部的组成和结构，并使用详细的数值模型和统计方法来解释数据。

研究人员证实，大气中富含氢气，其中含有大量的水蒸气。他们还发现，甲烷和氨气等其他化学物质的含量低于这种气氛的预期水平。这些水平是否可以归因于生物学过程还有待观察。

然后，研究小组将大气属性用作行星内部模型的边界条件。他们探索了各种各样的模型，这些模型可以解释大气特性以及行星的质量和半径。这使他们能够获得内部可能条件的范围，包括氢气包层的程度以及水层中的温度和压力。

合著者马修·尼克松（Matthew Nixon）说：“我们想知道氢包膜的厚度-氢能流到多深。”天文学研究所的学生。“尽管这是一个涉及多种解决方案的问题，但我们已经证明您不需要太多的氢就可以一起解释所有观察结果。”

研究人员发现，尽管大多数解决方案所需的能量要少得多，但数据允许的最大氢包络度约为行星质量的6％。氢气的最小质量约为百万分之一，与地球大气层的质量分数相似。尤其是，在许多情况下都可以构成海洋世界，液态水处于低于大气层的压力和温度类似于地球海洋中的压力和温度。

这项研究为寻找比太阳系外行星大得多的系外行星开辟了太阳系外的宜居条件和生物特征。此外，利用当前和未来的观测设施，诸如K2-18b之类的行星更易于进行大气观测。可以使用大型设施（如即将推出的詹姆斯·韦伯太空望远镜）对未来的观测结果来完善本研究中获得的大气限制。

参考：天体物理学杂志Letters.DOI：
10.3847 / 2041-8213 / ab7229