48光年外的海洋世界？表面温度20℃，超级地球引科学家关注！ - 海洋科学期刊论文

冰死铁 · 发表于海洋科普 2024-7-20 05:29:12

　　表面温度20℃的海洋，出现在任何一颗行星上，都会让我们忍不住联想到生命。最近，在48光年外的鲸鱼座，天文学家发现了一颗这样的天体。

　　这里有一颗恒星，名叫LHS 1140，又叫Gliese 3053、2MASS J00445930-1516166。它的半径大约是太阳的1/5，不过年龄略大一点，形成于差不多50亿年前。它所处的距离虽然仍然是人类航天器无法企及的，但对于我们的望远镜来说，也算是比较友善的距离了。

　　在它的周围，天文学家一共发现了3颗系外行星，依次被命名为LHS 1140b、LHS 1140c 和 LHS 1140d（候选）。尽管这三颗行星都很可能是超级地球，但其中最引人关注的，就是LHS 1140b。

　　实际上，LHS 1140 b早在2017年的时候就已经被发现了。不过，天文学家一直没有像今天这样重视它，因为对于它的身份，科学家们一直不是很清楚。

　　在太阳系内，地球是最大的岩石行星。所有比地球大的行星，都是气体行星。也就是说，在太阳系八大行星中，岩石行星的半径上限就是以地球为标准，气体行星的半径下限则要参考海王星的数据。

　　至于二者之间的行星是气体行星还是岩石行星，天文学家没有一个明确的答案。一颗岩石行星，到底成长到多大，就达到了极限呢？没有人知道。

　　而LHS 1140 b，恰好就处在这个范围内。观测结果表明，它的半径是地球的1.7倍。尽管天文学家认为，岩石行星和气体行星的半径界限应该是地球半径的2.5倍左右，但没有实际的观测结果和绝对可靠的理论推导，谁也不敢下定论说LHS 1140 b一定是岩石行星。

　　如果它是一颗气体行星，那么我们就可以坚定地把它忽略，因为目前没有任何理论支持气体行星孕育生命。如果它是岩石行星，那么至少可以为生命的发展提供稳定的表面环境。

　　最好的办法，就是测量这颗行星的质量，从而推算出它的密度。如果是岩石行星，其密度就会远大于气体行星的数据。

　　凭借着美国宇航局的詹姆斯·韦布太空望远镜，天文学家对它的体型有了极高精度的观测。结果表明，LHS 1140 b的质量差不多是地球的5.6倍。这么算下来，它的密度比地球还要大一点。看样子，它应该就是一颗比地球更巨大的岩石行星，也就是大家通常说的“超级地球”。

　　在利用韦布望远镜进行观测后，天文学家更加确信了这一点。韦布不仅很大程度上排除了LHS 1140 b是气体行星的可能性，而且通过光谱分析，竟然发现它的大气层中富含氮气，这和我们地球的大气层也高度相似！

　　有了基础的固体表面和富氮大气层，接下来还有一条要素非常关键，那就是生命之源——液态水。

　　水是生命的基础，因为它可以作为溶剂，让各种生物化学反应在此进行。只有水还不行，温度也要合适才可以，必须要让水保持液态，这些物质才能溶解并进行反应。

　　在此之前，天文学家已经利用望远镜对它进行了大量的观测，并认为它拥有海洋。而这个大气层，正是保护水分不被恒星吹散的关键。如果没有大气层的保护，这颗行星表面的水恐怕早就蒸干了。

　　通过韦布望远镜的观测，研究人员更加确信了这一点。他们认为，LHS 1140 b的质量中可能有多达10%~20%的部分是由液态水构成的。

　　这个数据可谓相当恐怖了，网上有一张著名的图片，就是把地球上的全部水资源储量聚集在一起，和地球的体型作对比，可见我们这颗蔚蓝色的行星，其实在水资源方面是多么匮乏。如果上述数据都准确的话，LHS 1140 b仅仅水资源的质量，可能就和整个地球差不多了！

　　从大气层到海洋再到固体表面，全都和地球如此类似，难怪天文学家也忍不住兴奋起来！

　　由于LHS 1140 b和宿主恒星之间的距离比较近，它已经被潮汐锁定，也就是像月球一样，只有一面能够朝向自己围绕着的天体。

　　它之所以被潮汐锁定，就因为和宿主恒星之间的距离太近了。研究结果表明，它的轨道平均半径只有0.0957个天文单位，也就是差不多1400万公里，比距离太阳最近的水星还窄得多。在这么近的距离之下，它的公转周期也仅有24.7天，还不到一个月。

　　按照常理来说，一颗行星永远朝向宿主恒星的那一面没有降温的机会，行星本身离恒星又近，自然会被炙烤得像是一个地狱世界。

　　好在LHS 1140 b的宿主恒星是一颗红矮星，本身温度也不高。天文学家估计，LHS 1140 b正面直径4000公里的海洋，表面温度可能只有差不多20℃。这个数字，对于生命来说，可谓是相当宜居了。

　　按照这个情况来看，它背向宿主恒星的一面，应该是永久冰封的寒冷世界。据估计，它的表面绝大部分都会被水冰所覆盖，只留下朝向宿主恒星的直径约4000公里的区域有液态海洋露出表面，其表面积相当于1/2个大西洋，天文学家形象地将它比喻为牛眼海洋。

　　目前，上述描述仍然是天文学家的推测。不过，本次研究的领导者、来自蒙特利尔大学的博士生Charles Cadieux指出：“在目前已知的所有温带系外行星中，LHS 1140 b很可能是我们有朝一日间接确认太阳系外的外星世界表面存在液态水的最佳选择，这将是寻找潜在宜居系外行星的一个重要里程碑。”

　　早在本次研究之前，Charles就对这颗行星充满了信心，因为彼时类似于哈勃、斯皮策等太空望远镜以及凌星系外行星巡天卫星（TESS）等设备，都对它进行过观测，结果也比较乐观。

　　如今有了韦布望远镜的观测，他们终于得到了想要的结果——一颗在许多方面都很像地球的系外行星。

　　连木卫二这种只有地下海洋的天体，都被认为是极有可能孕育生命的。如今LHS 1140 b极有可能存在着地表的液态海洋，天文学家该给予多大的期待呢？