詹姆斯·韦伯望远镜在距离 124 光年的系外行星 K2-18b 上探测到可能存在生物来源的气体

负责当今最大轨道天文台运行的航天局已确认在遥远的世界上发现了有趣的化合物。高精度仪器捕获了分子特征，这些特征表明存在对于了解我们的恒星系统（距地球 124 光年）之外的环境至关重要的元素。

此次详细观测的目标围绕一颗红矮星运行，其物理特性使其处于岩石行星和气态巨行星之间的中间类别。光谱分析揭示了富含氢的大气层，并有强有力的证据表明，大片液态水可能覆盖了整个天体表面。

光谱数据的收集揭示了特定分子的存在，这些分子改变了科学家对这个天体的分类方式。在行星经过其主恒星前方期间发现的主要元素包括：
– 高层大气中的甲烷浓度很高。
– 二氧化碳与主要气体混合。
– 几乎完全不存在氨，这强化了全球海洋的论点。
– 可能存在痕量二甲硫醚，一种高度特异性的化合物。

对这些组合元素的检测形成了一幅化学图像，支持海伦型行星的假设，该行星的特征是温暖的海洋和稠密的大气。用于该测量的设备代表了现代空间光学工程的顶峰。

遥远天体的物理特性

这个外星世界的质量几乎相当于我们星球的九倍，它违背了现代天文学的传统分类。这种巨大质量所施加的引力设法保留了厚厚的气态层，防止恒星风在规则轨道上将较轻的元素扫入深空。

相对于主星的轨道位置决定了测量仪器记录的天气状况。这颗行星在所谓的宜居带内运行，该区域接收到的辐射使表面温度保持在适合液态水存在的水平，而不会冻结或完全蒸发。

大气中二甲硫醚之谜

科学界最动员的方面涉及可能检测到一种称为二甲硫醚的复杂分子。在陆地环境中，这种化学物质几乎完全由生物过程产生，海洋浮游植物是其持续排放到地球海洋的主要原因。

这种化合物在外星世界的存在引发了关于富氢大气下发生的化学过程的基本问题。研究人员在解释这一特定信号时保持极度谨慎，因为捕获的光谱特征仍然存在一定的不确定性，需要更长的曝光时间进行额外的验证。

轨道观测的下一阶段将特别关注分离该分子吸收的光的频率，以明确证实其存在。二甲硫醚的确认将改变当前的天体生物学范式，为海洋覆盖的系外行星上的异常活动提供第一个切实的证据。

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透射光谱法

用于揭示这个遥远世界的化学成分的技术过程是基于对过滤后的星光的分析。当行星经过其恒星前方时，一小部分光会穿过行星大气层，然后继续穿过太空真空，直到到达轨道望远镜的镜子。

不同的分子吸收特定波长的红外光，在传感器捕获的光谱中留下深色条形码。高精度仪器可以将这种光分解为其组成颜色，从而准确揭示行星气体层中存在哪些气体以及大致比例。

当前红外探测器的灵敏度远远超过了任何前一代太空天文台的能力。这种技术精度使得识别恒星亮度的微小变化成为可能，隔离宇宙的背景噪音，以提取有关恒星辐射与大气分子之间相互作用的干净数据。

处理这些原始数据需要数月的高级计算，以消除星黑子或恒星本身自然变化造成的干扰。过滤算法将行星信号与恒星信号分开，确保所识别的化学特征仅属于所研究的系外行星的大气层。

实验室模拟和气候模型

为了充分理解光谱读数的含义，大气物理学家和化学家团队开发了复杂的计算机模型来模拟这种外星环境的极端条件。这些虚拟实验室测试了数千种气体、压力和温度的组合，以验证纯粹的地质或光化学过程是否可以在不需要生物来源的情况下产生检测到的分子。红矮星发出的紫外线不断与氢气和二氧化碳相互作用，形成了一个化学反应网络，科学家需要准确地绘制出该网络。

在地球真空室中进行的物理实验试图复制过热的全球海洋与稠密大气之间的相互作用。研究人员将水和气体的混合物置于压碎压力下，观察哪些化合物从这些热力学反应中自然产生。这些模拟的主要目标是建立可靠的非生物基线，确保只有在对系外行星高层大气中存在复杂化合物的所有可能的无机解释穷尽之后才能做出有关化学异常的任何陈述。

空间光学工程的进展

破译数万亿公里外世界化学成分的能力证明了当代光学工程所达到的复杂水平。镀金分段镜和冷却至接近绝对零温度的探测器共同捕获在星际空间中传播了一个多世纪的单个光子。这种技术架构专门设计用于在红外光谱中工作，红外光谱是人眼看不见的一系列光，但对于识别寒冷或温带大气中的有机和无机分子至关重要。拉格朗日点天文台的稳定性允许长时间暴露，不受阳光或地球本身热辐射的干扰，创造了一个原始的观测环境。这些仪器收集的数据不仅扩大了已知行星的目录，而且将观测天文学转变为一门详细表征的学科，其重点从单纯计算天体转移到对其物理和化学性质的深入了解。

系外行星探索的下一步

太空天文台的运行时间表已经预见到针对这个特定恒星系统的新观测窗口。为光谱仪器分配额外的时间将使可用数据量增加一倍。

光子收集的扩大将大大减少当前读数的统计误差范围。最终目标是对大气的确切成分和检测到的分子的真实性质提供明确的结论。

天文数据的验证

科学界正在等待这些新光谱测量的完整处理。研究结果将确定在遍布我们银河系的海洋世界中寻找生物特征的下一个优先目标。