系外行星 K2-18b 引起了广泛关注。詹姆斯·韦伯太空望远镜光谱显示其大气中含有碳和甲烷。这些结果以及其他观察结果表明,这颗行星可能是一个长期假设的“海西亚世界”。但新的研究反驳了这一点。
相反,这颗行星可能是一颗气态迷你海王星。
K2-18b 位于一颗红矮星的宜居带,距离我们约 134 光年。它大约是地球半径的 2.6 倍,质量大约是地球的 8.6 倍。它的轨道周期只有33天,因此距离恒星很近。但由于这颗恒星是一颗暗淡的红矮星,K2-18b 从恒星接收到的能量与地球从太阳接收到的能量大致相同。
科学家们仍然对这颗行星的密度和成分感到困惑。它的密度介于地球和海王星的密度之间。由于它不像地球那样主要由岩石组成,也不像海王星那样主要由气体组成,因此人们猜测它是一个海洋世界。科学家确定 K2-18b 成分的唯一方法是发现其大气层中的成分。
詹姆斯韦伯太空望远镜就是这么做的,它的观测发现了许多化学物质,包括二氧化碳和甲烷。它还发现缺乏氨。
本月早些时候,科学家们根据 JWST 的发现提出了一些研究(Shorttle 等人,2024)。通过研究气候大气模型,研究人员得出结论,K2-18b 很可能是一个岩浆海洋世界。“岩浆海洋模型再现了目前 JWST 的 K2-18b 光谱,”他们写道,“……表明这对于当前观测结果的解释与该行星拥有液态水海洋一样可信。”
但另一组研究人员并不同意这一点。这些研究人员不认为这颗行星是水星世界或熔岩世界。他们发表了一篇题为“ JWST 对 K2-18b 的观测可以用一颗富含气体但表面不适合居住的迷你海王星来解释”的论文。主要作者是尼古拉斯·沃根 (Nicholas Wogan),他是美国宇航局艾姆斯研究中心空间科学部的博士后研究员。沃根研究早期地球、系外行星和天体生物学。
JWST 在 K2-18b 的大气中发现了甲烷 (CH 4 ) 和二氧化碳 (CO 2 ),也没有检测到氨。这些结果通常表明水藻世界具有浓厚的氢/氦大气层。但肖特尔等人的分析却显示出相反的结果,他们表示,结果也可能显示出一颗拥有岩浆世界的行星。
Wogan 等人的新论文。得出不同的结论。“……我们赞成迷你海王星解释,因为它相对简单,而且不需要生物圈或其他未知的甲烷来源来解释数据,”他们写道。
在他们的工作中,研究人员使用光化学和气候模型来模拟不同版本的 K2-18b,包括海王星世界和没有明确表面的富含气体的迷你海王星。他们的工作表明,富含气体的迷你海王星模型最适合数据。
行星大气层极其复杂,从如此遥远的距离弄清楚正在发生什么是一项艰巨的任务。科学家不仅需要知道存在哪些化学物质(感谢 JWST),而且还需要了解发生的所有过程。大气中的温度和压力对于我们能看到的和可能隐藏的东西起着巨大的作用。
K2-18b 大气层的一方面是超临界性。超临界流体是温度和压力高于其临界点的流体。超过这个临界点,气相和液相都不存在。但压力不足以迫使材料变成固体。木星和土星的大气层深处都有超临界流体,它们的行为与液体或气体非常不同。这又增加了一层复杂性。