系外行星首次探测到大气层存在,韦伯望远镜锁定红矮星宜居带上的类地行星
詹姆斯·韦伯太空望远镜的国际科学团队本周宣布,在距离地球约四十光年的红矮星特拉皮斯特一号的第四颗行星上首次探测到明确的大气层信号。这颗行星位于恒星宜居带内,尺寸和质量与地球相当,大气层存在意味着液态水在其表面可能长期稳定存在。
发现的核心证据来自韦伯望远镜的中红外仪器观测到的行星凌星光谱。当行星从恒星前方经过时,恒星光穿过行星大气层,大气中的分子会在特定波长上吸收部分光谱。团队检测到二氧化碳、水蒸气和甲烷的吸收特征,置信度达到五个标准差,足以排除观测误差的可能。
特拉皮斯特一号是一颗超冷红矮星,质量只有太阳的百分之九,温度约二千五百开尔文。它周围有七颗尺寸接近地球的行星,过去十年一直是宜居行星搜索的重点目标。第四颗行星距离恒星约五百万公里,公转周期约九点二个地球日,潮汐锁定状态下永远同一面朝向恒星。
大气层的化学成分带来意外。团队原本预期红矮星宜居带的行星大气会被恒星强烈的辐射剥离,像火星一样只剩稀薄气体。但实测显示,这颗行星大气总压强约相当于地球海平面压强的三分之一,厚度足以支持液态水存在。这个结果直接挑战了过去二十年天体生物学的主流模型。
更进一步的分析显示,大气中甲烷的含量比预期高出两个数量级。甲烷在受强烈紫外辐射的红矮星系统中理论上会在数千万年内被分解,除非有持续的补充机制。补充机制在地球上主要靠生命活动,但在无生命的天体上也可能靠地质活动比如冰下火山释放。团队谨慎地没有把甲烷信号解读为生命证据,而是称之为"需要进一步研究的异常"。
这次探测的技术门槛值得挑明。韦伯望远镜为了拿到足够的信噪比,累计观测了特拉皮斯特一号系统超过五百个小时,消耗了整个望远镜第三年运行时间的百分之四。这种级别的观测投入在天文学史上罕见,团队争取到这么长的观测时间本身就是一次胜利,项目主导者是加州理工学院的天体物理学家妮可·刘易斯。
发现的下一步是寻找更多行星大气证据。特拉皮斯特一号系统的第五颗和第六颗行星也在宜居带内,团队已经申请了后续两年内的三百个小时观测时间。如果这两颗行星也有大气,红矮星系统的宜居性理论就需要整体重写。反过来,如果只有第四颗有大气,那就需要解释为什么这颗行星与众不同。
发现对系外生命搜索的意义,并不像社交媒体上传的那样"发现外星人只是时间问题"。天体生物学界的共识是,即使确认某颗系外行星有液态水和有机分子,也无法在没有直接采样的情况下断言有生命存在。真正决定性的证据可能要等到2040年代的下一代望远镜,包括美国的宜居世界天文台和欧洲的极大望远镜。