科學家在水行星上 發現疑似生命痕跡?

2025-04-19 09:40:51 最後更新日期:2025-04-19 12:00:20
William Lam

現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者

aa211K2-18b和其母恒星想像圖。這行星有沒有失控溫室效應,要端乎其大氣層實際厚度和成分。(圖片來自連結)

 

根據Space.com報道,科學家在距離地球120光年左右的一個類似海王星行星上發現能存在生物特徵氣體的進一步證據。這個疑似「水行星」編號為K2-18b,母星是顆質量接近太陽一半的紅矮星,所以個頭也不算太小,體積大約太陽1/9左右 (質量愈低的恒星,通常密度愈高),由於紅矮星都集中於紅光及紅外光,整體亮大約只有太陽的2.3%。

K2 18 CSolK2-18紅矮星與太陽的大小比較。單就比例而言,至少沒有比鄰星比太陽那麼大反差。(圖片來自連結)

 

不過這恒星特殊之處,在於年齡:紅矮星在誕生頭數億年時可能極為活躍,經常出現強烈耀班之類,嚴重催殘周圍行星的太氣層,只有距離較遠或大氣較厚的行星能避過一劫。現時這恒星已接近30億歲,早已進入穩定期,自轉速度和活動也已明顯減低(自轉甚至比太陽慢),對足夠遠的行星大氣友好性也明顯較高。

K2-18現時只發現兩個行星,當中K2-18c距K2-18表面只有0.067天文單位,而K2-18b則接近0.16天文單位。兩個行星都是明顯的類似超級地球,質量在地球5.6至8.6倍之間,但一個類似海王星般的小型氣態行星,且溫度似乎都在322K至500K左右,即最少超過50度,最高可能達230度,基本上已是生物難以生存。然而b星距離較遠,故溫度相對更接近地球,黑體溫度相對地球暖點,大約-8度(地球是-18度),同時雖然質量為地球8倍多,但密度只有地球一半,表面重力也大約只是地球的1.2 倍左右,稍大於海王星而已。

aa212 1富氫大氣層可能形成的行星,其結構可能也有三種,分別是有極厚大氣層但核心比例也不太小的縮水木星、迷你海王星(氫氣與極厚冰層),以及現時提到的氫洋行星(一定深度的大氣層和海洋,然後是高壓冰層(溫度可達數百度))K2-18b可能就是這種形態(圖片來自連結1)

 

由於距離母恒星夠遠又有不薄的大氣層,加上平均密度大約只有地球一半左右,科學家判斷這可能是一顆由氫大氣層和大深度海洋的氫洋(Hycean)行星,當然,雖然溫度適合且有足夠大氣層,甚至有可能有足夠磁場保護,但生命能否出現也是一個疑問,必須有合理證據才成。

事實上,2023年韋伯望遠鏡「開光」後,劍橋大學研究人員即從該行星的光譜分析中發現可能存在二甲基硫醚(DMS)份子的痕跡。DMS主要來自二甲基磺酰基丙酸酯(DMSP)的分解產物,而後者主要來自海洋藻類的代謝物或者蛋白質分解物,據說也是魚腥味的來源之一。不過由於當時的研究只處於初步階段,研究人員嘗試經由另一些方式作進一步證明。

images 26系外行星大氣層研究,主要靠行星移動到母恒星與地球之間的位置,微量恒星光線穿透其大氣層並被望遠鏡紀錄到後進行光譜化學成份分析,再扣去恒星原有的光譜,就測得餘下屬於被行星大氣層吸收了的光譜。韋伯望遠鏡巨大鏡片賦與它對恒星微量光學變化的高靈敏度,才能更精確得到仔細的恒星光譜。(圖片來自連結)

 

該校印裔天文學教授尼古·馬杜蘇德漢 (Nikku Madhusudhan)日前發表是項最新成果。他們團隊利用同樣裝在韋伯望遠鏡上的MIRI(中紅外成像-光譜儀)再造一次獨立觀測,同樣觀測到DMS或其份子類似物的痕跡,而且濃度相當高,比地球大氣中的類似物高20倍左右。

images 26a海風中的「鮮氣」,其實是來自海洋生物的。海洋漂浮着微小的浮游植物,它們的細胞內有一種稱為「二甲基巰基丙酸」的硫化合物,英文簡稱DMSP。當它們被浮游動物捕食時,浮游植物細胞內的DMSP便會釋放到水中,成為細菌的食物,而在過程中DMSP被分解成更細小的揮發性硫化合物「二甲硫醚」分子(DMS),也就是海風和一些海鮮氣味的主要物質。DMS在釋放到大氣層後,會順帶把硫原子帶到空中,更方便雲層形成,提高大氣中的水循環。就現時研究顯示,K2-18b似乎有雲,但相關證據似乎存在矛盾,需要進一步研究。(圖片及資料來自香港賽馬會)

 

不過他們沒有明言這代表該行星上有生物的鐵證,只是說需要更深入的研究,且也解釋了這些物質也可能有其他非生物的形成機制,而部分同行也提出對觀測結果的質疑。不過K2-18b相對於地球距離比較近,且很幸運的剛好就在母恒星的宜居帶外側,觀測上相對較容易,而且未來兩三年的更新天文設施或儀器,如巨型麥哲倫望遠鏡、歐洲極大望遠鏡,以及未知會否最終爛尾的羅曼太空望遠鏡均可作更多波段的觀測,以進行進一步的核實工作。

potw2515a 1歐洲南方天文台的ELT望遠鏡仍在組裝階段,不過今外殼和鏡片底架應該可以完全就位,並將於2027年前完成所有鏡片組裝工作,再進行兩年左右的調試,最終將於2029年正式「開光」。(圖片來自連結)

 

(註:羅曼太空望遠鏡其實已基本改裝完成,只等2027年發射。由於它是美國空軍捐贈的一個偵察衛星後備星,且據信製造於1990年代後半期,故很有可能是KH-11 BLK 3型偵照衛星。由於哈勃太空望遠鏡基本已超過壽限,一般認為羅曼太空望遠鏡是其繼任者。不過由於特朗普執意精簡聯邦部門開支,太空總莫名成為最大輸家之一,且20%削減費用集中於科學部門,該鏡也未必有錢進行發射與任務期研究工作了)

發佈於 科學新知
By 2025-04-19

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