## 大气层竟找不到水蒸气？天文学家：这反而证明 K2-18 b 可能是水世界

“这证实，K2-18 b 是我们当前研究太阳系以外潜在宜居环境的最佳选择。”

我们周边的“超级地球”K2-18 b 可能是富含水的海洋行星：“这无疑提升了其宜居的可能性。”

这幅插图展示了行星 K2-18 b、其宿主恒星以及该系统中的另一颗伴星。K2-18 b 是目前已知唯一同时拥有水和适宜生命存在温度的超级地球系外行星。（图片来源：ESA / Hubble，M. Kornmesser）

“超级地球”系外行星 K2-18 b 仅海王星大小，但围绕它的风波正愈发引人关注。简单回顾一下：此前有个科学家团队提出，这颗星球可能孕育生命——这一说法引发了其他科学家质疑，他们认为该声明缺乏应有的谨慎。

尽管詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）尚未在这颗星球上发现确凿的生命迹象，但这台强大的空间望远镜观测到，该行星拥有极其丰富的液态水，甚至它有可能是一个被海洋覆盖的“Hycean”（海气）世界。

剑桥大学的科学家尼库·马杜苏丹（Nikku Madhusudhan）——他既是 K2-18 b 最初发现团队的成员，也是这项新研究的负责人——在接受采访时表示：“这无疑提升了 K2-18 b 宜居的可能性。这是一个非常重要的进展，进一步增加了它属于 Hycean 环境的概率。这证实，K2-18 b 是我们当前研究太阳系以外潜在宜居环境的最佳选择。”

关于 K2-18 b 宜居性的讨论始于 2025 年 4 月，当时马杜苏丹与剑桥大学的研究团队宣布，他们在这颗遥远的“超级地球”（质量约为地球的九倍）周围发现了所谓的“迄今为止最有力的地外生命证据”。

相关证据源于对几种分子的初步探测——这些分子若在地球大气中被发现，通常被认为是生物过程产生的。当时的焦点便集中在确认这两类潜在生物标志信号：二甲基硫醚（DMS）和二甲基二硫醚（DMDS）。

为此，研究团队观测了 K2-18 b 四次凌星（即行星从其母红矮星前方穿过）的过程——该恒星距地球约124光年，K2-18 b 的公转周期约为33个地球日。由于不同化学物质会在特定波长吸收或发射光，当恒星光线穿过行星大气时，大气中的分子会在恒星光谱上留下独特的"指纹"。

这项新研究的首席科学家、NASA喷气推进实验室的胡仁宇说："凭借四次凌星观测，我们以空前的精度测得了 K2-18 b 的大气光谱。该光谱使我们能明确探测到大气中的甲烷和二氧化碳，并对其丰度进行限定。这些信息表明，这是一颗富含水资源的行星。"

胡仁宇解释道，研究团队利用多个独立模型在该光谱中搜寻了二甲基硫醚及其他有机硫分子的信号，但并未发现它们存在的确凿证据。但这并不一定是令人失望的。能够确认这颗行星富含水资源，足以使团队感到振奋。

K2-18 b 星球上是一片汪洋吗？

胡仁宇表示，既然现已确认 K2-18 b 富含水资源，下一步就是要查明这颗行星是否拥有一片全球性的海洋。

有意思的是，证明海洋存在的最有力迹象之一，恰恰是这颗超级地球的大气层中缺乏水蒸气。

“我们获得的光谱并没有显示出水蒸气的迹象。如果大气层真的缺水，这表明水分已经耗尽——最有可能是通过冷凝作用实现的，”胡仁宇说，“在地球上，这一过程被称为‘冷阱’，地球科学家认为它对维持数十亿年的水资源至关重要，因为它能防止水逃逸到太空中去。”

“如果在系外行星上观测到类似的过程，那将非常令人兴奋。严格确认水的不存在，其本身就可以成为未来观测的一个重要科学目标，”胡仁宇说。

不过，胡仁宇也提醒，JWST 探测到的光谱也可以用另一种模型来解释——即该行星的大气层实际上含有大量的水蒸气。

K2-18 b 地表设想图（图片来源：AI 生成，由 Shang-Min Tsai / UCR 制作）

胡仁宇表示，要确定 K2-18 b 以及其他类似大小的行星是否拥有液态水，还需要探测除甲烷和二氧化碳之外更广泛的大气气体组合。此外，大气中还应不存在氨、一氧化碳和二氧化硫等分子——而这些分子迄今确实尚未在 K2-18 b 的大气中被探测到。

“这一结论是基于我所在团队及其他几个团队的理论研究得出的，”胡仁宇补充道，“随着新的观测提供了宝贵的信息，我们已将这些见解总结，以帮助指导未来的观测和研究工作。”

与此同时，对二甲基硫醚和二甲基二硫醚这两种生物标志物的搜寻还远未结束；虽然尚未达到确认所需的显著性水平，但这项研究确实比之前的检测提供了更强的信号。

“在本研究中，二甲基硫醚的证据强度明显高于我们之前在同一近红外波段获得的观测结果，”马杜苏丹说，“然而，这一证据仍不足以宣称是确凿探测。我们还需要能够将二甲基硫醚与其他可能的来源区分开来，比如甲硫醇，它在地球上同样是一种生物标志物。”

显然，K2-18 b 在未来一段时间内仍将继续吸引天文学家的关注。

“我们能够利用现有的 JWST 观测推断出潜在的生物标志物迹象，这是一件很棒的事，但要实现确凿探测，还需要显著增加观测时间。一个关键问题是，该大气是否包含一种或多种生物标志物，”马杜苏丹说，“与此同时，还需要开展广泛的理论与实验研究，以稳健地区分候选生物标志物分子的生物学与非生物学形成途径。”

不过，研究团队确信的一点是，如果没有 JWST，截至目前在 K2-18 b 研究中取得的进展是不可能实现的。而这台耗资 100 亿美元的空间望远镜，将在未来对这颗超级地球的探测中发挥关键作用。

“我们的观测与分析，进一步丰富了令人振奋的发现清单，彰显了 JWST 所带来的真正变革性科学，”胡仁宇总结道，“虽然我们发现它的近红外光谱仪（NIRSpec）特别适合实现本研究的目标，但 JWST 的其他仪器或观测模式也能提供互补且极具价值的信息，进一步提升我们对这颗行星的理解。”

该研究团队的论文已在arXiv 上发布。

BY:Robert Lea

FY:忙碌的北門

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