詹姆斯韋伯設備追蹤與太陽系外行星上的海洋生物有關的分子

詹姆斯韋伯太空望遠鏡記錄了來自系外行星 K2-18 b 的新大氣數據，這是一個距離地球 124 光年的天體。收集到的資訊顯示存在與二甲硫醚相對應的光譜特徵，而二甲硫醚是一種引起科學界極大興趣的分子。這顆行星繞著其主恆星的宜居帶運行，該區域的溫度允許液態水存在。這次探測是使用高精度儀器進行的，這些儀器分析了行星在軌道運輸過程中被大氣層過濾的光。

劍橋大學的一組研究人員領導了 2025 年 4 月捕獲的數據的分析。在地球上，二甲硫醚幾乎完全來自與海洋中浮游植物相關的生物過程。這項發現強化了 2023 年進行的初步測量，該測量已經顯示出相同化合物的微弱痕跡。科學家使用望遠鏡的 MIRI 儀器在特定的紅外線波長下工作，在空間噪音中分離出分子的訊號。

物理結構顯示存在著廣闊的全球海洋

開普勒太空望遠鏡於2015年首次發現了K2-18 b。測量表明，這個世界的半徑是地球的2.6倍，質量是地球的8.6倍。這種尺寸重量比顯示平均密度相對較低。天體物理模型表明，這種物理特徵是由富含揮發性物質的成分造成的，很可能含有大量的水。該天體屬於亞海王星類別的一部分，亞海王星是銀河系中極為常見的行星，但在太陽系中卻沒有類似的行星。

詹姆斯·韋伯本人先前進行的觀測證實了地球氣體層中存在豐富的甲烷和二氧化碳。光譜分析也顯示氨明顯短缺。在純氣態行星上，氨經常大量出現。這種特定氣體的缺失強烈表明，這顆行星的表面覆蓋著液態水，隱藏在厚厚的以氫為主的大氣層之下。

這種結構配置定義了天文學家將其歸類為海星世界。該理論認為，地球的整個地殼周圍有一片深邃的全球海洋，而上層的氫則充當了熱毯的作用。 K2-18 b 環繞的紅矮星發出的輻射水平到達地球，其比例與地球從太陽接收的能量比例相似。適用於這種情況的氣候模型表明，水可以保持穩定的液態。

在系外行星軌道上確定的主要標記

遙遠天體的表徵需要同時測量多個參數。研究人員整合了詳細的技術概況，以了解 K2-18 b 的動態：

• 天體直徑超過地球尺寸2.6倍
• 總質量達到相當於地球重量的8.6倍
• 軌道軌跡完全發生在恆星的宜居帶內
• 大氣成分含有大量甲烷和二氧化碳
• 氨檢測水準仍遠低於氣體標準

這些化學和物理特徵將 K2-18 b 與陸地和太空天文台已編錄的大多數亞海王星區分開來。氣體的精確組合是測試行星形成理論的天然實驗室。

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專家對化學訊號的起源存在分歧

二甲硫醚在陸地環境中是一種強大的生物標記物，因為沒有已知的地質過程能夠大規模產生這種物質。根據 K2-18 b 望遠鏡資料估計的濃度比地球海洋中發現的濃度高出幾個數量級。劍橋大學的研究小組將該訊號視為與生物活動一致的證據，但避免將這項發現歸類為外星生命的明確證據。

對數據的解釋引起了其他研究機構的快速反應。芝加哥大學的科學家對詹姆斯·韋伯捕獲的相同原始資訊進行了獨立的重新評估。該小組得出的結論是，被識別為二甲基硫醚的訊號可能是儀器雜訊或熱感測器校準中的微小變化的結果。涉及多個望遠鏡儀器的聯合分析證實了探測的統計脆弱性。

原始訊號達到 3 sigma 的置信水平，這表示隨機波動產生誤報的可能性為 0.3%。天文學需要最低五西格瑪標準來確認高影響力的發現，從而將誤差範圍降低到百萬分之一以下。太空探索的先前事件，例如宣佈在金星大氣層中檢測到磷化氫，表明初步的三西格瑪訊號通常在資料細化後消失。

技術限制與規劃新觀測

光譜資料處理涉及消除主星光和設備本身造成的干擾。交叉來自 NIRISS、NIRSpec 和 MIRI 儀器資訊的研究表明，K2-18 b 的光譜可以在不存在二甲硫醚的情況下得到解釋。結構中含有甲基的替代分子（例如乙烷）會產生非常相似的光吸收模式，並且可能混淆識別演算法。

減少原始資料表示對處理程式碼的任何變化都極為敏感。包含生物氣體的計算模型並不總是比基於常見分子的簡單模擬提供更好的擬合。事實證明，在 MIRI 儀器的工作範圍內提取的有用資訊量低於在較短波長下獲得的數據量。

詹姆斯·韋伯望遠鏡帶來了分析溫帶系外行星大氣的能力，其詳細程度是前幾代天文台不可能實現的。 K2-18 b 的案例是這些新觀測技術極限的實際檢驗。航太機構已經為望遠鏡設定了新的時間窗口，以觀測未來的行星凌日。新測量值的累積將有助於確認氣體的存在或最終放棄生物學假設。