在距离我们约 48 光年之外的鲸鱼座，有一颗冰封的行星，宛如《星球大战》的经典场景。它的一侧永远面向宿主恒星，在永恒的白昼侧形成了一个小型融化的海洋，使其看起来像一个巨大的眼球。
更重要的是，这颗水球（比地球大近两倍）可能成为我们在宇宙中寻找宜居环境的最佳希望。
至少，这是对 LHS 1140 b 的最新描述，我们无法直接看到它。这颗行星（之所以命名为 LHS 1140 b，是因为它围绕一颗名为 LHS 1140 的红矮星运行）于 2017 年被发现，即使在那时，它似乎也是一个适宜生命存在的地方。
现在，在一篇近期论文中，蒙特利尔大学的研究人员提高了赌注。在分析了詹姆斯·韦伯太空望远镜的数据后，他们得出结论，这颗行星更可能是类似地球的岩石超级地球，而不是迷你海王星类气态行星，并且它很可能拥有富氮大气层——这是我们所知的生物起源的两个关键因素。
宜居行星
自 1992 年以来，天文学家已经记录了超过 5700 颗系外行星，其中一些可能孕育生命。
“但在所有这些行星中，”论文的首席作者、蒙特利尔大学的博士生 Charles Cadieux 说，“我们知道有大气层且位于宜居带的行星只有三颗：地球、火星，而 LHS 1140 b 可能是第三颗。”
Jason Dittman，他是发现该行星的团队的领导者，并未参与 Cadieux 的研究，他说新的发现有力地证明了应该为该行星分配“极其重要”的未来望远镜观测时间。
“这颗行星值得我们认真考虑投入大量宝贵资源，”他说，“它确实充满希望。”
一颗潜在宜居的超级地球
科学家们对 LHS 1140 b 的理解很复杂，因为他们从未近距离观察过类似的天体。在我们自己的太阳系中，地球（岩石内行星中最大的）与气态巨行星海王星和天王星之间存在巨大的差距，后者的体积是地球的四倍，构成也完全不同。
“介于两者之间的行星，”Cadieux 说，“我们并不真正确定它们的成分。”
LHS 1140 b 的大小是地球的 1.7 倍，正好处于两者之间。它属于哪一类将产生所有不同。如果没有某种表面——岩石行星上有，气态行星上则没有——生命就无法立足。
为了区分这两种可能性，Cadieux 和他的同事观测了 LHS 1140 b 的“凌日”现象，即它从我们和它的恒星之间经过的时期。通过测量恒星的光谱在经过行星时如何变化，他们排除了气态巨行星特有的富氢大气的存在。这种称为透射光谱学的方法证实，LHS 1140 b 可能更接近超级地球，而不是迷你海王星。
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LHS 1140 b 上存在水和大气层的可能性
同样重要的是，他们的测量提供了可能宜居系外行星上大气的第一个迹象，其某些光谱特征最好用氮分子散射光的效果来解释——这与我们地球上蓝天的现象相同。这些结果是初步的。但如果 LHS 1140 b 的大气层确实以氮气为主，那就意味着这颗行星拥有地球维持生命的一个标志。
它似乎还可能拥有另一个标志：水。尽管其身份是超级地球，LHS 1140 b 的密度远低于预期中的类地行星，表明其质量的 10%-20% 可能由水构成，尽管主要是冰——因为这颗行星与恒星处于同步自转状态，就像月球与地球一样，所以它总是有一面是冰冷的。
不幸的是，我们无法直接看到可能存在多少液态水。但 Cadieux 的气候模拟（假设氮气和二氧化碳含量与地球相当）模拟出了一个直径近 2500 英里（约等于大西洋的一半）的巨大海洋，温度宜人，为 68 华氏度。
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比较系外行星
尽管 JWST 的观测提升了 LHS 1140 b 的关注度，但它们也降低了人们对另一组潜在宜居世界——围绕TRAPPIST-1 运行的七颗系外行星——的期待。TRAPPIST-1 于 2017 年被发现，与 LHS 1140 b 同一年，整个行星系统都是岩石行星，大小与地球相当，其中几颗位于允许地表存在液态水的“适居带”。
“这是一个了不起的系统，”Dittman 说，但早期的 JWST 结果令人失望。基于对 TRAPPIST-1 b 和 c 的分析，这些内行星似乎既没有大气层也没有水。“如果这种情况一直持续下去，那我们可能就麻烦了。”
与此同时，LHS 1140 b 变得越来越有吸引力。它的恒星比 TRAPPIST-1 的恒星活动性更低，这意味着它接收到的 X 射线和紫外线辐射（会剥离大气层）比该系统中的行星要少。
但 TRAPPIST-1 也有一个巨大的优势；它的恒星非常小，以至于它的行星相比之下显得更大，从而增强了光谱信号的传输。（诚然，TRAPPIST-1 强烈的恒星活动也可能干扰信号，使得解释大气数据变得困难。）换句话说，即使 LHS 1140 b 是一个更好的大气层候选者，观测起来也更困难。
Dittman 以科学家的冷静接受了这种宇宙的困境，“你只能尽力而为。”
决定在哪里寻找地球以外的生命
这些考虑因素给天文学界带来了一个艰难的决定。在寻找宜居系外行星的过程中，他们应该去哪里寻找，寻找多久？正如 Dittman 指出的那样，韦伯望远镜的时间非常宝贵；每年有来自世界各地的数千名科学家争夺使用权。望远镜预计还能运行约二十年，但其镜头涵盖了如此多的项目，系外行星研究人员必须明智地选择目标。
Dittman 说，在观测遥远行星的大气层方面，“你没有多少机会”——对于 1140 b 来说，每年只有四次一小时的凌日现象可供观测。“基本上，你需要抓住未来每一次的观测机会。”他说，“我们正处于一个关键时刻，如果我们现在不开始，它就永远不会发生。”
Jennifer Lotz，空间望远镜科学研究所（负责 JWST 和哈勃太空望远镜的运行）的主任，上个月宣布她将分配 500 小时的韦伯时间来调查附近太阳系中岩石系外行星的大气层。该项目将涵盖哪些行星以及时间如何分配给它们，目前尚不清楚。
值得记住的是，JWST 迄今为止只检查了几颗这样的行星。随着它继续在宇宙中搜寻生命的迹象，可能会发现岩石、温带行星上遍布大气层，从而为以 LHS 1140 b 开头的列表增添更多成员。但就目前而言，Cadieux 押注于“天眼”。
“就宜居性而言，”他说，“我认为它仍然会非常独特。”
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文章来源
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《自然》杂志。一颗温带岩石超级地球正在凌日一颗附近的寒冷恒星
《天体物理学杂志快报》。使用 JWST/NIRISS 对宜居带系外行星 LHS 1140 b 进行透射光谱分析
NASA。发现仪表盘
空间望远镜科学研究所。STScI 启动了一项系统性的搜寻类 M 型矮星系外行星大气层的计划
