詹姆斯·韦伯望远镜在距离 48 光年的系外行星 LHS 1140 b 上探测到大气迹象

詹姆斯·韦伯太空望远镜于 2023 年 12 月两次经过系外行星 LHS 1140 b 的恒星前方时捕获了有关该行星的数据。这颗行星绕着鲸鱼座中距地球约 48 光年的红矮星运行。它位于恒星的宜居带内，那里的温度可以让液态水存在。

这些观测结果与之前的质量和半径测量相结合，表明 LHS 1140 b 可能是一个富含水的世界。这颗行星的半径约为地球半径的 1.73 倍，质量约为地球的 5.6 倍。由于纯岩石体的密度低于预期，研究人员估计其质量的 9% 至 19% 可能由水组成。

2017 年发现的行星通过更新的数据获得了新的资料

LHS 1140 b 于 2017 年由 MEarth-South 项目发现。当时，天文学家将其归类为岩石超级地球。然而，2023 年进行的更精确的测量改变了这一观点。密度的降低表明存在大量的水，这开启了世界海洋的可能性。

主恒星 LHS 1140 是一颗红矮星，质量为太阳的 18%，半径为太阳的 21%。它已有超过50亿年的历史，恒星活动度较低。这种稳定性降低了可能破坏行星大气层的火山喷发的风险。这颗行星每 24.7 天绕一圈。

• 这颗恒星发出的光度不到太阳光度的 0.4%。
• 地球从太阳接收的能量约占地球接收能量的 43%。
• 轨道距离约为0.095 AU。

根据理论模型，这些条件使 LHS 1140 b 处于水可能以液态存在的区域。

透射光谱观测排除了氢气氛

James Webb 使用 NIRISS 仪器进行透射光谱分析。在这种技术中，恒星的光在凌日过程中穿过行星的大气层。气体吸收特定的波长，从而可以识别其成分。来自两个段落的数据被一起分析。

结果高度可信地排除了迷你海王星典型的富氢大气层。相反，出现了与瑞利散射兼容的信号，瑞利散射是一种与氮等轻分子相关的现象。统计置信水平为 2.3 sigma，这表明有初步但相关的证据。全球气候模型加强了对以氢为主的大气的排除。

氮的可能存在很重要。在地球上，这种气体约占大气的 78%，有助于调节压力和温度。如果在 LHS 1140 b 中得到证实，它将表明随着时间的推移保留了次生大气，可能是由内部地质过程形成的。

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水结构表明冰盖下有海洋

水在行星质量中所占的比例很高，导致了海洋世界的假说。模型表明，其中一些水可能会在地表结冰，形成冰，而在压力作用下，下面会存在液态海洋。这种结构在大气层厚且温度适中的天体中很常见。

由于它靠近恒星，这颗行星可能具有同步旋转。一侧始终面向星星，另一侧始终处于黑暗中。在这种情况下，集中在向阳面的热量可能会局部融化冰。结果将是在被照亮的面的中心形成一个圆形海洋，周围环绕着冰。天文学家将这种模式称为“行星眼”。

• 水最多可占总质量的 19%。
• 被照亮一侧的海洋尺寸将与大型陆地海洋相当。
• 大气压将有助于在特定区域保持液态。

这些情况仍取决于额外的确认。詹姆斯·韦伯仍计划进行未来的观察，以完善数据。

恒星的稳定性有利于有利条件的保存

与许多年轻活跃的红矮星不同，LHS 1140 的活动几乎没有变化。由于没有记录到的强烈喷发，减少了地球受到有害辐射的程度。这一特性增加了大气层（如果存在的话）维持数十亿年的机会。

该系统包括另一颗行星 LHS 1140 c，它更深、岩石更多。在詹姆斯·韦伯的一次观测中，第二颗天体同时凌日，为校准提供了额外的数据。综合目前所有可用信息，LHS 1140 b 成为宜居带已知系外行星中最有希望进行宜居性研究的候选者之一。

下一步寻求确认气体和气候

天文学家计划与詹姆斯·韦伯一起进行额外的观测，以提高检测到的信号的置信度。目标包括确认氮气的存在并寻找其他成分，例如二氧化碳或水蒸气。每个新会议都有助于完善大气和气候模型。

LHS 1140 b 的案例突显了小型温带系外行星表征方面的进展。该望远镜继续提供数据，使我们能够区分不同类型的世界并评估它们在类似地球条件下的潜力。