近距离观察一颗潜在的“眼球行星”

周一 · 知古通今|周二 · 牧夫专栏

周三 · 风月同天|周四 · 观测指南

周五 · 深空探测|周六 · 茶余星话|周日 · 太空探索

原作：ARIELLE FROMMER

翻译：向艺文

编排：赵书晨

后台：李子琦

原文链接：https://skyandtelescope.org/astronomy-news/a-closer-look-at-a-potential-eyeball-planet/

詹姆斯-韦布太空望远镜（James Webb Space Telescope）对 LHS 1140b 的最新观测结果表明，这是一个拥有富氮大气的温带水世界。

温带系外行星LHS 1140 b可能是一个完全被冰覆盖的世界（左），类似于木星的卫星欧罗巴，也可能是一个拥有液态亚星级海洋和多云大气层的冰雪世界（中）。LHS 1140 b的大小是我们地球的1.7倍（右图），是我们在太阳系外寻找液态水的过程中，最有可能位于宜居带的系外行星。

B. Gougeon/ 蒙特利尔大学

想象一下，这个适合生命生存的世界，只有一个四面被冰包围的温带海洋。虽然 “眼球行星 ”听起来像是科幻小说中的情节，但这完全有可能是存在的，天文学家认为LHS 1140b中存在这样的一个世界。

LHS 1140b位于鲸鱼座，距离地球仅49光年，它是目前发现的距离恒星最近的行星之一，是位于恒星宜居带(行星可以保留液态水的区域)内的离我们最近的系外行星之一。

研究人员在发表于《天体物理学杂志通讯》上的一篇论文中，分析了詹姆斯-韦布太空望远镜的近红外成像仪和无缝摄谱仪的大气数据，发现了LHS 1140b可能拥有富氮大气的蛛丝马迹。

根据研究小组之前发表的结论，这个世界可能是由水冰构成的，而氮基空气的存在将使这颗行星的表面形成海洋。另外，由于LHS 1140b总是朝向恒星的同一面，这个世界很大程度上也有可能是冰的，只有在白天才有温带海洋——这使它看起来像一颗 “眼球行星”。

不过，到目前为止，研究小组只能得到有关大气成分的一些线索——研究人员不能排除这颗行星可能根本没有大气层，是一个贫瘠的岩石或冰雪世界。

“LHS 1140b的共同发现者杰森-迪特曼（Jason Dittmann）（佛罗里达大学）说：“我认为这一结果最重要的意义在于，有迹象表明LHS 1140b中可能存在大气层。”

LHS 1140b是第一颗显示出大气层迹象的岩质系外行星，虽然这项研究关于大气层的结果还只是初步的，但LHS 1140b无疑是一颗值得我们关注的宜居候选行星。

大气层的迹象

LHS 1140b是一个罕见的发现，其半径大约是地球的1.7倍。大多数超级地球的半径不到地球的1.5倍，而大多数迷你海王星的半径也才在地球的2到3倍之间，LHS 1140b则是迄今为止发现的为数不多的介于两者之间的行星之一，即位于所谓的“半径谷”中。

根据LHS 1140b的质量和半径，研究小组发现，其平均密度可以说明，LHS 1140b要么是一个被氢包裹的迷你海王星，要么是一个“水世界”，水占其成分的五分之一。(相比之下，地球的质量只有0.02%是水。)这样的世界可能有一层薄薄的氮或二氧化碳外壳。

为了找出以上哪个推断最适合描述LHS 1140b，天文学家使用韦布望远镜测量了这颗行星的大气层。当LHS 1140b为期25天的凌日现象发生时， 其主星的光线会穿过LHS 1140b的大气层，如果有大气层的话，LHS 1140b就会像灯笼在雾中闪耀一样。大气层中的分子会吸收其主星不同波长的光线，并在恒星光谱中留下“指纹”。

天文学家没有发现大气中存在氢的证据，这与之前其他几台太空望远镜的观测结果相吻合。因此，研究人员否认了无云、富氢的迷你海王星的设想。研究小组得出结论是，这颗行星是一个水世界;LHS 1140b大气中的氮元素与这一结论是相吻合的。

然而，该研究还发现，韦布的光谱大部分是平坦且没有特征的，可能不存在大气层，尤其是考虑到恒星自身的活动。主星上被称为光斑的热活跃区域可以增加穿过行星大气层的光线。“研究小组成员 Ryan MacDonald（密歇根大学）说：“

如果假设韦布观测到的光谱完全是由主星的光斑导致的，这样的模型也可以合理地拟合观测到的光谱。”

尽管如此，一个结合了恒星光斑和富含氮的大气层模型更符合韦布的数据。其他因素也支持LHS 1140b存在大气层：它的质量比地球大，所以有很强的表面引力，能更好地保持大气层。它的主恒星也不如其他恒星活跃（比如TRAPPIST-1，它的辐射可能剥夺了岩石行星的大气层）。

为了充分利用韦布的数据，研究小组还利用全球气候模型，模拟了行星气候中可能存在的不同组成部分之间的相互作用，不仅包括大气层，还包括任何陆地表面、海洋和海冰。这些模拟有助于评估是否存在不同大气层和液态海洋。

Cadieux说：“实际上，我们已经对这颗行星进行了三维的全球气候模拟，预测只有一小块区域会出现这种液态海洋和云层。LHS1140b是我们所知的最可信的‘眼球行星’候选者。”

责任编辑：陈玮菁

牧夫新媒体编辑部

『天文湿刻』 牧夫出品

微信公众号：astronomycn

火星岩石上的豹斑

图源：NASA, JPL-Caltech, MSSS, Perseverance Rover

谢谢阅读