北京
為什么同樣位于“宜居帶”，有的巖石行星看起來只是一塊光禿禿的石頭，而有的卻包裹著神秘的大氣？天文學(xué)家最近第一次給出了確定的答案：一顆被稱為LHS 1140b的系外行星，確實擁有自己的大氣層。這個發(fā)現(xiàn)刊登在7月16日的《科學(xué)》雜志上，讓很多人重新燃起了在太陽系之外尋找宜居環(huán)境的信心。
海德堡馬克斯·普朗克天文研究所的天文學(xué)家勞拉·克雷德伯格，一直盯著這類目標(biāo)好多年。她說，過去看到的那幾顆行星“看起來就像裸露的巖石”，人們甚至不太確定這樣的星球能否保住大氣層。但這次的結(jié)果推翻了之前的隱憂——它們是可以有的。克雷德伯格坦言：“現(xiàn)在，我對太陽系之外存在宜居環(huán)境的可能性感覺更樂觀了。”
LHS 1140b 的個頭大約是地球的5.6倍質(zhì)量、1.73倍直徑，這樣一組數(shù)字意味著它極可能擁有類似地球的巖石成分，同時外面裹著一層氣體。還有一種可能性是，它整個表面被全球性海洋覆蓋。更妙的是，它繞著母星運行的距離剛好不遠(yuǎn)不近，表面溫度剛好允許液態(tài)水存在。不過，故事并沒有那么簡單：它的母星是一顆又冷又暗的M矮星。這類恒星在銀河系里數(shù)量最多，但脾氣暴躁，動不動就噴出強烈的輻射和暴虐的恒星耀斑，完全有能力把周圍行星的大氣層一點一點撕扯殆盡。
于是，一個懸而未決的問題浮出水面：巖石系外行星在M矮星身旁，究竟守不守得住自己的大氣？這正是哈佛-史密森天體物理中心的行星天文學(xué)家科林·切魯比姆一直追問的。他和同事把位于新墨西哥州拉斯坎帕納斯天文臺的麥哲倫·克萊望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)了LHS 1140b，守候它從母星前面經(jīng)過、稍微擋住一部分星光的那個瞬間——天文學(xué)家把這個瞬間叫做“凌星”。就在凌星開始前和結(jié)束后的一小段時間里，他們讀取到多余氦氣的分子指紋，這些氦氣正在吸收恒星的某些光線。
切魯比姆解釋，那些多出來的吸收信號，就是氦氣正從行星大氣中向外流失的標(biāo)記。換個角度看，有東西在流失，說明那里確實有一層大氣。“說真的，這兒最激動人心的事情，首先是這顆行星居然有大氣。”切魯比姆這么說。此前，人們只在一些比LHS 1140b更大的行星——所謂的“迷你海王星”——周圍看見過氦氣逃逸的跡象，那些星球可能正在脫落大氣，一步步變成裸露的巖石。而如今，這顆更接近地球尺寸的巖石星球也加入了“氦氣逃逸俱樂部”。
LHS 1140b 同樣在緩慢地失去氦氣。“它正一點一點地發(fā)生變化，”切魯比姆說，“在天文學(xué)的時間尺度上，幾十億年之后，它的大氣會變得很不一樣。”但這并不意味著它會永遠(yuǎn)失去自己的“外衣”。這顆行星比那些迷你海王星溫度更低，大氣物質(zhì)流失的速率也慢得多。切魯比姆根據(jù)觀測數(shù)據(jù)推算，它已經(jīng)把自己的大氣維持了超過30億年，而且還能再穩(wěn)穩(wěn)地保持10億年。即便到了那個時候，這顆行星依然可以用二氧化碳或氮氣這類更重的氣體，重新拼湊出一層新的大氣。
僅靠一次氦氣信號，還不足以畫出整幅肖像。接下來，詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡的后續(xù)觀測會幫助科學(xué)家弄清楚更多細(xì)節(jié)，例如大氣里到底有多少氦，還有沒有其他分子混雜其中。克雷德伯格也提到，另一次獨立的探測還將進(jìn)一步確認(rèn)：那層大氣是真實存在，而不是一次偶然的假象。
一顆巖石質(zhì)地的行星，帶著一層以氦氣為主的大氣，緩慢地繞著寒冷的小恒星公轉(zhuǎn)——這樣一個“異類怪咖”，正在改寫我們關(guān)于行星大氣存亡的劇本。過去，人們總覺得M矮星周圍的行星很難保住大氣，但現(xiàn)在至少有了一個活生生的反例。克雷德伯格的樂觀、切魯比姆的謹(jǐn)慎推演，還有麥哲倫望遠(yuǎn)鏡捕捉到的那一點點多余星光，都在提醒我們：下一代望遠(yuǎn)鏡要做的，就是去親眼看清這些遙遠(yuǎn)世界上空，到底飄蕩著怎樣的氣體。
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