首页 > 新闻 > 科技 > 正文

宜居星球不只是类地行星氢海行星上的海洋或能孕育生命

2021-09-15 09:45:13来源：科技日报

在超级地球和超小海王星之间，还可能存在另外一种行星，即氢海行星。这种行星的氢气包层很薄，使得海洋表面压强不是特别大，能够支撑生命存在。对K2-18b的观测发现，也证明了符合上述构想的系外行星是存在的。

邹远川华中科技大学物理学院教授

探索宇宙，寻找外星生命，人类又迈出了一小步。

近日，来自英国剑桥大学的天文学家认为，氢海系外行星或是孕育外星生命的“摇篮”。研究团队发表论文称，他们发现了一类新的宜居行星，这种系外行星的质量是地球的几倍，拥有巨大的液态水海洋和富含氢气的大气层，被称为氢海行星。

也许在不久的将来，人类就能够在一颗意想不到的星球上，发现地外生命。

宜居星球不只是类地行星

“目前比较可信的氢海行星只有K2-18b一个。”邹远川直言，氢海行星是一个拥有主要由氢气所构成的薄大气层，以及由液态水(海洋)作为行星表层的系外行星。

这种行星质量范围比较广，大致在1个到10个地球质量之间，邹远川说，以目前的观测来看，氢海行星的质量，正好处在人类能观测到的地外行星主要质量范围内。但其大气只占总质量的百万分之一左右，“氢海行星大气层很薄，要发现并确定它们并不容易。”邹远川说。

自20世纪90年代初，人类首次发现太阳系之外的行星以来，我们已经发现了数千颗系外行星。在已知的数千颗系外行星中，绝大多数行星质量在地球和海王星之间，它们通常被称为超级地球或超小海王星，大多为大气富含氢的岩质行星和冰质巨行星，或介于两者之间的行星。氢海行星此前就被归属于超小海王星。

目前，地球是人类唯一知晓存在生命的天体。在系外行星搜索中，我们始终把寻找生命迹象视为重头戏。为此，天文学家主要关注与地球体积、质量、温度和大气成分相似的行星，即类地行星。

而在剑桥大学的最新研究中，研究人员认为或许不只有类地行星才宜居，此前曾被认定为非宜居行星的氢海行星，也有可能孕育生命。研究小组成员表示，氢海行星在整个银河系中似乎极其常见，它们可能拥有“极端生物”，如同能在地球上最恶劣环境中繁衍生息的生物一般。

研究人员认为，氢海行星通常比地球更炎热，其大气温度或高达200摄氏度，具体情况取决于它们的宿主恒星及其与宿主恒星的距离。

尽管氢海行星与地球有着不同的特性，但仍具有容纳大型海洋的特征，在富含氢的大气层下，或存在着行星尺度的巨大海洋。

邹远川介绍，与类地行星相比，氢海行星可能存在于恒星周围更广的空间范围。这就意味着，即使位于宜居带范围之外，仍有机会找到能够孕育生命的行星。这个发现或可改写我们对于“宜居带”的一般性认识。

氢海行星上的海洋或能孕育生命

邹远川介绍，氢海行星的质量在地球和海王星之间。同样在此质量区间，大多数超小海王星则没有支撑生命存在的条件。大多数超小海王星的质量超过地球的1.6倍。虽然这一质量要比海王星小，但还是太大了，无法像地球一样拥有岩质的内部结构。“生命不能在气体中诞生，只能在岩石核上，如果气体太厚，岩石所处的气压太高，生命就无法存在。”他说。

早期对这类行星的研究认为，它们富含氢的大气之下，压力和温度过高，无法支持生命存在。而剑桥大学研究团队最近对K2-18b的研究发现，在某些条件下，这类行星仍有机会支持生命繁衍。

这一发现让该团队开始对相关行星和恒星性质开展了更加全面、详细的调查，寻找已知或未知的系外行星中哪些可能满足这些条件，以及是否有机会观测到它们的生物信号。

邹远川说，这类行星还包含潮汐锁定的暗氢海行星，它们可能只有在永久背阴面具有宜居条件;还包括只能接收到来自恒星少量辐射的冷氢海行星。

也有研究认为，氢海行星有条件支持地外生命存在的观点，更重要的是这类行星的数量和可观测性均高于类地行星，这将大大加速人类对太阳系之外的生命搜索工作。

“最新的研究成果并没有推翻之前的行星研究结论。”邹远川坦言，新研究只是说在超级地球和超小海王星之间，还可能存在另外一种行星，即氢海行星。这种行星的氢气包层很薄，使得海洋表面压强不是特别大，能够支撑生命存在。对K2-18b的观测发现，也证明了符合上述构想的系外行星是存在的。

生命形态极可能是微生物

可以肯定的是，氢海行星为人类在寻找地外生命的道路上开辟了一条全新途径。

剑桥大学研究人员认为，氢海行星大气中可能存在一些微量的生物标记物。不久的将来，人类或许可以通过光谱观测发现这些标记物。

目前，该研究团队确定了一个相当大的潜在氢海行星样本库，这些样本可以成为下一代望远镜详细研究的候选对象。

同时，仅仅依靠质量大小不足以确认一颗行星的具体情况，还需从温度和大气性质等其他方面进行更详细地研究。

邹远川说，氢海行星比类地行星尺寸更大、温度更高，其大气富含氢，使得它们的大气特征更容易被探测到。

他介绍，类似氢海行星这样的行星，在已知的系外行星中占了大多数。从光谱上探测氢海行星大气中的生物标记，需要更加强大的望远镜，即将发射的詹姆斯·韦伯望远镜正是一个适合用于此项研究的望远镜。

从过程上看，对氢海行星的探测与探测类地行星是相同的，即先利用专用的行星探测望远镜找到地外行星，再在其中搜寻可能的候选体，然后利用超大望远镜进行详细观测。

值得注意的是，虽然氢海行星是一种可能孕育生命的行星，但一方面，可以成为氢海行星的限制条件仍比较多，目前比较可信的候选体也只有一个;另一方面，即便该类行星能够孕育生命，也极有可能是微生物，因为氢海行星的大气中没有氧气, 无法支撑需进行有氧呼吸的大型动植物存活。

邹远川介绍，对于寻找地外生命，目前的主流还是搜寻类地行星。如2009年至2013年，美国国家航空航天局(NASA)使用的开普勒空间望远镜;2018年发射、设计寿命到2020年但目前依然在服役的TESS小型空间望远镜;欧洲航天局在2015年发射、设计使用到2025年的PLATO空间望远镜，都是主要的地外行星发现者，但目前还没有探测到一颗真正意义上的另一个地球。

邹远川说，目前我国上海天文台研究员葛健提出了地球2.0计划，经过长时间的观测，有望找到质量、体积、轨道周期等各项参数都和地球一致的“姐妹星”，再利用大型望远镜对该行星进行有针对性的长时间观测(包括成像和光谱观测)，在邹远川看来，这将是最有可能找到地外生命的方式。

责任编辑：hnmd003