詹姆斯·韦伯设备追踪与太阳系外行星上的海洋生物有关的分子

詹姆斯·韦伯太空望远镜记录了来自系外行星 K2-18 b 的新大气数据，这是一个距离地球 124 光年的天体。收集到的信息表明存在与二甲硫醚相对应的光谱特征，二甲硫醚是一种引起科学界极大兴趣的分子。这颗行星绕其主恒星的宜居带运行，该区域的温度允许液态水存在。这次探测是使用高精度仪器进行的，这些仪器分析了行星在轨道运输过程中被大气层过滤的光。

剑桥大学的一组研究人员领导了对 2025 年 4 月捕获的数据的分析。在地球上，二甲硫醚几乎完全来自与海洋中浮游植物相关的生物过程。这一发现强化了 2023 年进行的初步测量，该测量已经显示出相同化合物的微弱痕迹。科学家们使用望远镜的 MIRI 仪器在特定的红外波长下工作，在空间噪声中分离出分子的信号。

物理结构表明存在着广阔的全球海洋

开普勒太空望远镜于2015年首次发现了K2-18 b。测量表明，这个世界的半径是地球的2.6倍，质量是地球的8.6倍。这种尺寸重量比表明平均密度相对较低。天体物理模型表明，这种物理特征是由富含挥发性物质的成分造成的，很可能含有大量的水。该天体属于亚海王星类别的一部分，亚海王星是一种在银河系中极为常见的行星，但在太阳系中却没有类似的行星。

詹姆斯·韦伯本人之前进行的观测证实了地球气体层中存在丰富的甲烷和二氧化碳。光谱分析还显示氨明显短缺。在纯气态行星上，氨经常大量出现。这种特定气体的缺失强烈表明，这颗行星的表面覆盖着液态水，隐藏在厚厚的以氢为主的大气层之下。

这种结构配置定义了天文学家将其归类为海星世界。该理论认为，地球的整个地壳周围有一片深邃的全球海洋，而上层的氢则充当了热毯的作用。 K2-18 b 环绕的红矮星发出的辐射水平到达地球，其比例与地球从太阳接收的能量比例相似。适用于这种情况的气候模型表明，水可以保持稳定的液态。

在系外行星轨道上确定的主要标记

遥远天体的表征需要同时测量多个参数。研究人员整合了详细的技术概况，以了解 K2-18 b 的动态：

• 天体直径超过地球尺寸2.6倍
• 总质量达到相当于地球重量的8.6倍
• 轨道轨迹完全发生在恒星的宜居带内
• 大气成分含有大量甲烷和二氧化碳
• 氨检测水平仍远低于气体标准

这些化学和物理特征将 K2-18 b 与陆地和太空天文台已编录的大多数亚海王星区分开来。气体的精确组合是测试行星形成理论的天然实验室。

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专家们对化学信号的起源存在分歧

二甲硫醚在陆地环境中是一种强大的生物标志物，因为没有已知的地质过程能够大规模产生这种物质。根据 K2-18 b 望远镜数据估计的浓度比地球海洋中发现的浓度高出几个数量级。剑桥大学的研究小组将该信号视为与生物活动相一致的证据，但避免将这一发现归类为外星生命的明确证据。

对数据的解释引起了其他研究机构的快速反应。芝加哥大学的科学家对詹姆斯·韦伯捕获的相同原始信息进行了独立的重新评估。该小组得出的结论是，被识别为二​​甲硫醚的信号可能是仪器噪声或热传感器校准中的微小变化的结果。涉及多个望远镜仪器的联合分析证实了探测的统计脆弱性。

原始信号达到 3 sigma 的置信水平，这表示随机波动产生误报的可能性为 0.3%。天文学需要最低五西格玛标准来确认高影响力的发现，从而将误差范围降低到百万分之一以下。太空探索的先前事件，例如宣布在金星大气层中检测到磷化氢，表明初步的三西格玛信号通常在数据细化后消失。

技术限制和规划新观测

光谱数据处理涉及消除主星光和设备本身造成的干扰。交叉来自 NIRISS、NIRSpec 和 MIRI 仪器信息的研究表明，K2-18 b 的光谱可以在不存在二甲硫醚的情况下得到解释。结构中含有甲基的替代分子（例如乙烷）会产生非常相似的光吸收模式，并且可能会混淆识别算法。

减少原始数据表明对处理代码的任何变化都极其敏感。包含生物气体的计算模型并不总是比基于常见分子的简单模拟提供更好的拟合。事实证明，在 MIRI 仪器的工作范围内提取的有用信息量低于在较短波长下获得的数据量。

詹姆斯·韦伯望远镜带来了分析温带系外行星大气的能力，其详细程度是前几代天文台不可能实现的。 K2-18 b 的案例是对这些新观测技术极限的实际检验。航天机构已经为望远镜设定了新的时间窗口，以观测未来的行星凌日。新测量值的积累将有助于确认气体的存在或最终放弃生物学假设。