富含氢的海洋世界可能是生命的完美栖息地

　　在过去的十年中，对太阳系以外行星的搜索突飞猛进。共有4514 颗系外行星在 3346 个行星系统中得到确认，另有 7721 颗候选行星正在等待确认。目前，天体生物学家主要关注寻找在大小、质量和大气成分上与地球相似的系外行星。
　　然而，天体生物学家也对寻找奇异生命的例子感兴趣，这种生命是在与地球不同的条件下出现的。例如，剑桥大学的一个天文学家团队最近进行了一项研究，该研究展示了生命是如何在海洋覆盖的、富含氢的行星上出现的。这些发现可能对系外行星研究和天体生物学领域具有重要意义。
　　该研究由剑桥大学天文学研究所(IoA) 的天体物理学和系外行星科学读者Nikku Madhusudhan 博士领导，天体物理学学生 Anjali Piette和 IoA 成员 Savvas Constantinou 博士，描述他们发现的研究，题为＂ Hycean Worlds 的宜居性和生物特征＂，最近发表在《天体物理学杂志》上。
　　一位艺术家对系外行星在整个银河系中的普遍程度的构想小冰巨人的生活？
　　在过去 30 年中发现的所有系外行星中，绝大多数要么是质量是地球数倍的岩石行星，要么是具有富氢大气层的冰巨星或介于两者之间。在迄今为止发现的所有系外行星中，超级地球约占 30% ，而迷你海王星数量最多，占 34% 。
　　大多数迷你海王星的大小是地球的 1.7 和 3.9 倍，据信其内部由冰、岩石和挥发性元素组成的海洋组成。之前对此类行星的研究发现，它们富含氢的大气层下的压力和温度条件太大，无法支持生命存在。然而，在之前的一项研究中，Nikku Madhusudhan 和他的团队发现这些行星在某些条件下可以支持生命存在。
　　特别是，他们检查了系外行星 K2-18b，这是一颗迷你海王星，在 2019 年成为众多关注的焦点，当时两个不同的团队报告在其富含氢的大气中检测到水蒸气。Madhusudhan 博士和他的团队从这项研究中获得的结果促使他们调查了所有可能使迷你海王星适合居住的行星和恒星特性。
　　这导致他们确定了一类新的行星，他们将其命名为＂Hycean＂，这是＂氢＂和＂海洋＂这两个词的混合词。就像所谓的＂水世界＂一样，海斯世界将被全球海洋覆盖，但大气层以氢为主。这种大气氢的存在会产生温室效应，这将有助于确保地表海洋保持液态。
　　艺术家对 K2-18b 的印象特征
　　属于这种分类的行星的直径大约是地球的 2.6 倍，大气温度高达 200°C，这取决于它们的宿主恒星的性质和行星与它的距离。这与科学家认为数十亿年前地球上的情况类似，当时第一个单细胞微生物开始出现。
　　正如 Madhusudhan 博士在最近的剑桥大学新闻稿中总结的那样，这些结果可能意味着有一类系外行星比支持生命的＂类地＂行星数量更多，这使得天体生物学家更容易找到：
　　＂海斯行星为我们寻找其他地方的生命开辟了一条全新的途径。本质上，当我们一直在寻找这些不同的分子特征时，我们一直在关注与地球相似的行星，这是一个合理的起点。但我们认为 Hycean 行星提供了一个更好的机会找到几个痕量生物特征。＂
　　此外，该团队还在他们的研究中确定了几个主要的 Hycean 候选者进行后续观察。其中许多比地球更大更热，但仍然可以被大洋覆盖，其条件类型可以支持微生物生命。这种生命可能会集中在极端环境中，例如海洋-地幔边界处的热液，类似于在地球上观察到的情况。
　　这种类型的系外行星可能包括潮汐锁定的＂暗海斯＂行星的一个子类，其中宜居条件只存在于它们永久的夜间一侧。面向行星主恒星的一侧太热，无法无限期地将水保持为液态，也无法通过海洋和大气对流将热量传递到暗面。也有可能存在＂寒冷的海斯＂世界，它们的恒星几乎没有辐射，并且有冰壳。
　　艺术家对＂眼球＂星球的印象，一个面向太阳的一面可以保持液态水海洋的水世界。对天体生物学的影响
　　这种大小的行星是已知系外行星群中最常见的，尽管对它们的研究不像超级地球那样详细。但仅凭它们的共性就意味着在银河系其他地方寻找生命的一些最有希望的地方可能已经隐藏在显眼的地方。此外，这些行星允许比类地行星更广泛的太阳周围宜居带。
　　将这些系外行星定位在具有统计意义的超级地球和迷你海王星群体中不仅仅是确定它们的大小的问题。其他方面，如质量、温度和大气特性，也需要检查，然后才能自信地将候选人指定为 Hycean。但最重要的是，天文学家需要仔细观察这些潜在的 Hyceans，看看是否有任何生物特征的迹象。
　　Anjali Piette 说：＂令人兴奋的是，在与地球如此不同的行星上可能存在宜居条件。＂ 同样令人兴奋的是，Madhusudhan 博士和他的团队发现的潜在 Hycean 生物特征将更容易使用光谱观察进行检测。它们更大的尺寸、更高的温度和富含氢的大气意味着任何大气特征都比类地行星更容易被探测到。马杜苏丹说：
　　＂生物特征检测将改变我们对宇宙生命的理解。我们需要对我们期望在哪里找到生命以及生命可以采取什么形式持开放态度，因为大自然继续以通常难以想象的方式给我们带来惊喜。＂
　　其他可能的生物特征包括有机化合物，如甲基氯和二甲硫醚，它们在地球上的含量较少，但可能是富含氢的大气层和少量氧气或臭氧的行星上存在生命的指标。同样，这与＂唾手可得＂的方法一致，我们在那里寻找我们所知的生命所需或产生的生物标志物。
　　当下一代望远镜在不久的将来面世时，剑桥团队准备的大量潜在海斯世界样本将成为后续观测的主要机会。此外，按照宇宙标准，这些行星都相对较近，围绕距离太阳系 35 至 150 光年的 M 型恒星运行。已经有计划使用下一代詹姆斯韦伯太空望远镜研究 K2-18b。
　　当 JWST 在今年 11 月发射时，天文学家将能够对系外行星的近红外到中红外波长进行直接成像研究，并直接从它们的大气中获取光谱。该南希雍容罗马太空望远镜将遵循在2025年，这也将利用其先进的光学，coronographs和光谱仪系统进行直接成像研究。
　　这些结果有助于说明近年来系外行星研究是如何发展和转变的。现在有数千颗已确认的系外行星可供研究，这个过程已经从发现转移到表征。随着仪器和方法的改进，天文学家可以对行星环境的情况施加更严格的限制。
　　在这一切之中，科学家们可以检验他们关于生命可以在我们的宇宙中存在的条件种类的理论。毕竟，最终目标不仅仅是找到＂我们所知道的生命＂，而是因为它存在于它的多样性和荣耀中。虽然我们现在可能仅限于寻找唾手可得的果实，但总有一天我们可能会爬上生命之树，找到离地球最远的奇异果实。