北京
为什么同样位于“宜居带”，有的岩石行星看起来只是一块光秃秃的石头，而有的却包裹着神秘的大气？天文学家最近第一次给出了确定的答案：一颗被称为LHS 1140b的系外行星，确实拥有自己的大气层。这个发现刊登在7月16日的《科学》杂志上，让很多人重新燃起了在太阳系之外寻找宜居环境的信心。
海德堡马克斯·普朗克天文研究所的天文学家劳拉·克雷德伯格，一直盯着这类目标好多年。她说，过去看到的那几颗行星“看起来就像裸露的岩石”，人们甚至不太确定这样的星球能否保住大气层。但这次的结果推翻了之前的隐忧——它们是可以有的。克雷德伯格坦言：“现在，我对太阳系之外存在宜居环境的可能性感觉更乐观了。”
LHS 1140b 的个头大约是地球的5.6倍质量、1.73倍直径，这样一组数字意味着它极可能拥有类似地球的岩石成分，同时外面裹着一层气体。还有一种可能性是，它整个表面被全球性海洋覆盖。更妙的是，它绕着母星运行的距离刚好不远不近，表面温度刚好允许液态水存在。不过，故事并没有那么简单：它的母星是一颗又冷又暗的M矮星。这类恒星在银河系里数量最多，但脾气暴躁，动不动就喷出强烈的辐射和暴虐的恒星耀斑，完全有能力把周围行星的大气层一点一点撕扯殆尽。
于是，一个悬而未决的问题浮出水面：岩石系外行星在M矮星身旁，究竟守不守得住自己的大气？这正是哈佛-史密森天体物理中心的行星天文学家科林·切鲁比姆一直追问的。他和同事把位于新墨西哥州拉斯坎帕纳斯天文台的麦哲伦·克莱望远镜对准了LHS 1140b，守候它从母星前面经过、稍微挡住一部分星光的那个瞬间——天文学家把这个瞬间叫做“凌星”。就在凌星开始前和结束后的一小段时间里，他们读取到多余氦气的分子指纹，这些氦气正在吸收恒星的某些光线。
切鲁比姆解释，那些多出来的吸收信号，就是氦气正从行星大气中向外流失的标记。换个角度看，有东西在流失，说明那里确实有一层大气。“说真的，这儿最激动人心的事情，首先是这颗行星居然有大气。”切鲁比姆这么说。此前，人们只在一些比LHS 1140b更大的行星——所谓的“迷你海王星”——周围看见过氦气逃逸的迹象，那些星球可能正在脱落大气，一步步变成裸露的岩石。而如今，这颗更接近地球尺寸的岩石星球也加入了“氦气逃逸俱乐部”。
LHS 1140b 同样在缓慢地失去氦气。“它正一点一点地发生变化，”切鲁比姆说，“在天文学的时间尺度上，几十亿年之后，它的大气会变得很不一样。”但这并不意味着它会永远失去自己的“外衣”。这颗行星比那些迷你海王星温度更低，大气物质流失的速率也慢得多。切鲁比姆根据观测数据推算，它已经把自己的大气维持了超过30亿年，而且还能再稳稳地保持10亿年。即便到了那个时候，这颗行星依然可以用二氧化碳或氮气这类更重的气体，重新拼凑出一层新的大气。
仅靠一次氦气信号，还不足以画出整幅肖像。接下来，詹姆斯·韦布空间望远镜的后续观测会帮助科学家弄清楚更多细节，例如大气里到底有多少氦，还有没有其他分子混杂其中。克雷德伯格也提到，另一次独立的探测还将进一步确认：那层大气是真实存在，而不是一次偶然的假象。
一颗岩石质地的行星，带着一层以氦气为主的大气，缓慢地绕着寒冷的小恒星公转——这样一个“异类怪咖”，正在改写我们关于行星大气存亡的剧本。过去，人们总觉得M矮星周围的行星很难保住大气，但现在至少有了一个活生生的反例。克雷德伯格的乐观、切鲁比姆的谨慎推演，还有麦哲伦望远镜捕捉到的那一点点多余星光，都在提醒我们：下一代望远镜要做的，就是去亲眼看清这些遥远世界上空，到底飘荡着怎样的气体。
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