哈勃在小型系外行星的大气层中发现水蒸气

Steamy World可能是我们银河系中富含水的行星的样本

在太空中寻找生命与在其他恒星周围的行星上寻找水是齐头并进的。水是宇宙中最常见的分子之一，地球上的所有生命都需要它。水通过溶解物质并在动物、植物和微生物细胞中实现关键的化学反应来发挥溶剂的作用。它在这方面比其他液体要好得多。

天文学家在系外行星上发现水蒸气的证据时很感兴趣。最近的目标是GJ 9827d行星，它周围可能有富含水的大气层。这颗行星的直径不超过地球直径的两倍，它可能是我们银河系其他地方潜在的富含水的世界的一个例子。但不要打算在 GJ 9827d 上购买房地产。这颗行星和金星一样热，温度为800华氏度。这使它成为一个热气腾腾的世界。

哈勃太空望远镜在小型系外行星的大气层中发现水蒸气

天文学家使用美国宇航局的哈勃太空望远镜观测到最小的系外行星，在大气中检测到水蒸气。GJ 9827d行星的直径只有地球的两倍左右，可能是我们银河系其他地方具有富含水的大气层的潜在行星的一个例子。

“这将是我们第一次通过大气探测直接表明，这些具有富含水的大气层的行星实际上可以存在于其他恒星周围，”蒙特利尔大学Trottier系外行星研究所的团队成员BjörnBenneke说。“这是确定岩石行星上大气的普遍性和多样性的重要一步。

“这么小的行星上的水是一个里程碑式的发现，”德国海德堡马克斯普朗克天文研究所的联合首席研究员Laura Kreidberg补充道。“它比以往任何时候都更接近于描述真正的类地世界。

调查地球的大气层

然而，现在判断哈勃光谱是否在蓬松的富氢大气中测量了少量水蒸气，或者行星的大气层是否主要由水组成，这些水是在恒星辐射下蒸发的原始氢/氦大气后留下的。

“我们的观测计划由堪萨斯州劳伦斯堪萨斯大学的首席研究员伊恩·克罗斯菲尔德（Ian Crossfield）领导，旨在不仅要检测行星大气中的分子，还要专门寻找水蒸气。无论水蒸气是占主导地位还是只是氢主导大气中的微小物种，这两种结果都会令人兴奋，“这篇科学论文的主要作者，蒙特利尔大学Trottier系外行星研究所的Pierre-Alexis Roy说。

“到目前为止，我们还无法直接探测到这么小行星的大气层。我们现在正在慢慢进入这个制度，“Benneke补充道。“在某个时候，当我们研究较小的行星时，必须有一个过渡，在这些小星球上不再有氢，它们的大气层更像金星（以二氧化碳为主）。

因为这颗行星和金星一样热，温度为800华氏度，如果大气层主要是水蒸气，那绝对是一个荒凉、潮湿的世界。

启示与未来研究

目前，该团队有两种可能性。一种情况是，这颗行星仍然紧紧附着一个富含氢的大气层，其中夹杂着水，使其成为一个迷你海王星。或者，它可能是木星卫星欧罗巴的温暖版本，木卫二的地壳下的水量是地球的两倍。“GJ 9827d行星可能一半是水，一半是岩石。在一些较小的岩石体上会有很多水蒸气，“Benneke说。

如果这颗行星有一个残余的富含水的大气层，那么它一定是在离它的主星更远的地方形成的，那里的温度很冷，水以冰的形式存在，而不是它现在的位置。在这种情况下，这颗行星将迁移到更靠近恒星的位置并接收更多的辐射。氢气被加热并逸出，或者仍在逃离地球的弱重力。另一种理论是，这颗行星是在热恒星附近形成的，其大气层中有一丝水。

哈勃计划在11次凌日期间观测了这颗行星 – 行星在其恒星前方穿过的事件 – 间隔了三年。在凌日期间，星光被过滤穿过行星的大气层，并具有水分子的光谱指纹。如果行星上有云，它们在大气层中足够低，因此它们不会完全隐藏哈勃对大气层的看法，并且哈勃能够探测云层上方的水蒸气。

“观察水是寻找其他事物的门户，”美国宇航局位于加州硅谷的艾姆斯研究中心的天体物理学家托马斯格林说。“哈勃的这一发现为詹姆斯·韦伯太空望远镜未来研究这些类型的行星打开了大门。JWST可以通过额外的红外观测看到更多，包括一氧化碳、二氧化碳和甲烷等含碳分子。一旦我们获得了行星元素的全部清单，我们就可以将它们与它绕行的恒星进行比较，并了解它是如何形成的。

GJ 9827d于2017年由美国宇航局的开普勒太空望远镜发现。它每6.2天完成一次围绕红矮星的轨道。这颗恒星GJ 9827位于双鱼座，距离地球97光年。