尋找地外生命，一直是人們宇宙探索的目標之一。

　　天文學(xué)家們在尋找地外生命時(shí)，通常會(huì )尋找與大小、質(zhì)量、溫度和大氣成分與地球相似的類(lèi)地行星。

　　不過(guò)，劍橋大學(xué)研究人員最近確定了一種新型宜居行星——“Hycean”行星。正如其名字所暗示，它表面溫度較高(hot)、海洋覆蓋(ocean)、大氣中富含氫(hydrogen)。目前確定的“Hycean”行星候選者都圍繞著(zhù)距離地球35到150光年的紅矮星運行(地球與太陽(yáng)距離1.5億公里，以光速旅行也要8分20秒左右)。

　　研究人員表示，這可能意味著(zhù)，在未來(lái)兩三年內找到太陽(yáng)系外生命的“生物印記”具有可能性。

　　
 

　　Hycean行星表面的構想圖 圖片來(lái)自劍橋大學(xué)

　　該研究發(fā)表在知名天文學(xué)期刊《The Astrophysical Journal》上，論文標題為《Habitability and Biosignatures of Hycean Worlds》(Hycean星球的宜居性和生物印記)，通訊作者為劍橋大學(xué)天文研究所“reader”(準教授)Nikku Madhusudhan。

　　為什么會(huì )研究與地球環(huán)境差異巨大的“Hycean”行星的宜居性?“首先，由于類(lèi)地行星很小，在太陽(yáng)系外的類(lèi)地行星上探測生命非常困難。而Hycean星球比地球更大、更熱，這增加了其可探測性和大氣觀(guān)測性，提供了探測系外行星生命更好的機會(huì )。其次，我們想探索在廣泛的行星上宜居和生命的可能性，而不僅限于類(lèi)地行星。這將幫助我們了解太陽(yáng)系以外可能存在生命的環(huán)境的多樣性。”Madhusudhan對澎湃新聞(www.thepaper,cn)記者介紹道。

　　目前，人們已經(jīng)發(fā)現了數千顆太陽(yáng)系外的行星，其中絕大多數為半徑約地球半徑1-4倍的低質(zhì)量行星。根據它們的密度和體積，它們被歸類(lèi)于“超級地球”或“迷你海王星”。

　　大多數迷你海王星的大小在地球的1.6倍以上，它們不像地球一樣擁有巖石內部。早期對此類(lèi)行星的研究發(fā)現，它們富含氫的大氣層下具有高溫高壓，無(wú)法維持生命。

　　然而，研究團隊在調查迷你海王星 K2-18b時(shí)發(fā)現，在某些條件下，迷你海王星可以支持生命存在。

　　此項工作中，研究團隊專(zhuān)注于研究富含氫氣的大氣層下存在大海洋(水的質(zhì)量分數高達 90%)，并具有宜居條件的行星，他們將其稱(chēng)為“Hycean”星球。Hycean行星可以比地球大2.6 倍，擁有近200攝氏度的氣溫，但其海洋環(huán)境可能類(lèi)似于地球海洋中微生物生存的條件。

　　
 

　　Hycean行星的半徑和質(zhì)量

　　Madhusudhan表示，找到地外生命對人類(lèi)最重要的意義是認識到我們在宇宙中并不孤單。此外，這些發(fā)現還可能告訴我們生命形成與進(jìn)化所需的行星條件具有多樣性，并可能將地球生命的起源置于更普遍的背景下。

　　此項研究中，研究團隊調查了Hycean行星的整體特性、宜居性和潛在的生物印記。

　　Hycean行星比類(lèi)地行星數量更多，也更易觀(guān)測。研究人員確定的許多Hycean行星候選者都比地球更大、更熱，同時(shí)具有容納大海洋的特征，能夠支持類(lèi)似地球最極端水體微生物生命的生存。

　　與類(lèi)地行星相比，Hycean行星的宜居帶更廣闊。“宜居帶”(habitable zones)指宜居的行星與恒星的合適距離范圍。傳統上，恒星周?chē)囊司訋в深?lèi)地巖質(zhì)行星表面對液態(tài)水的需求定義。通常認為，其大氣與太陽(yáng)系類(lèi)地行星的大氣類(lèi)似，主要成分為氮氣、氧氣、二氧化碳和水。在這種情況下，宜居帶的內邊界受到失控溫室效應或水從大氣逸出的限制;外邊界受二氧化碳冷凝導致缺少溫室效應，從而達不到維持液態(tài)水所需溫度的限制。

　　比如，地球與太陽(yáng)的距離讓地球的溫度適中，允許液態(tài)水存在，可讓生命存活。而Hycean行星則能在與恒星更廣的距離范圍保持宜居。

　　Hycean星球中，有潮汐鎖定的“黑暗”Hycean星球，它們可能有一側永久都為黑夜，而只有黑夜這一側是宜居的;還有“寒冷”Hycean星球，它們接收的恒星輻射很少。

　　
 

　　“寒冷”Hycean星球的溫度分布

　　這種大小的行星在已知的系外行星中為主體，Hycean可能很常見(jiàn)，這意味著(zhù)在銀河系最有機會(huì )找到生命的地方可能一直就在顯眼之處。

　　判斷一顆行星是否為Hycean行星，不僅要確認其半徑、質(zhì)量，還要確認溫度和大氣特性等。

　　要了解數光年外的行星上的情況，天文學(xué)家首先要確定它是否位于其恒星的宜居帶，然后尋找分子特征來(lái)推斷行星的大氣和內部結構，這些會(huì )決定其地表條件、海洋的存在和出現生命的潛力。

　　天文學(xué)家也在尋找生物印記。傳統上，基于地球大氣層考慮的主要生物標志物是氧氣、臭氧、甲烷和一氧化二氮。還有許多其他生物標志物，如氯甲烷和二甲硫醚，它們在地球的含量較低，但在富氫大氣的行星上，它們可能是檢測生命的有用指標。

　　“從本質(zhì)上講，當我們一直在尋找這些分子特征時(shí)，我們的關(guān)注點(diǎn)是與地球相似的行星，這是一個(gè)合理的起點(diǎn)，”Madhusudhan說(shuō)，“但我們認為Hycean行星提供了更好的機會(huì )找到少量的幾個(gè)生物印記。”

　　研究人員發(fā)現，不久的將來(lái)，通過(guò)光譜觀(guān)察可以很容易地檢測到許多預計存在于Hycean大氣中的陸地生物標志物。Hycean行星更大的尺寸、更高的溫度和富含氫的大氣使得它們的大氣特征比類(lèi)地行星更容易被探測到。

　　“為了確認Hycean星球上生命的存在，我們需要用大型望遠鏡對其大氣進(jìn)行光譜觀(guān)測。使用即將推出的望遠鏡(例如詹姆斯韋伯太空望遠鏡)將有可能對許多Hycean星球候選者進(jìn)行這樣的觀(guān)測。”Madhusudhan表示，確認Hycean星球生命存在的主要困難在于獲得所需的觀(guān)察數據、分析數據，并以可靠方式對其進(jìn)行解釋?zhuān)詸z測生物印記。

　　他們已經(jīng)確定了大量潛在的Hycean星球樣本，這些樣本是使用下一代望遠鏡，例如今年晚些時(shí)候發(fā)射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST) 進(jìn)行詳細研究的主要候選者。對最有希望的候選者K2-18b使用韋伯望遠鏡觀(guān)測可能會(huì )發(fā)現一種或多種生物印記。

　　談及關(guān)于Hycean星球的下一步研究計劃時(shí)，Madhusudhan表示，“我們計劃對一些行星進(jìn)行大氣觀(guān)測，調查其大氣成分。同時(shí)，我們還會(huì )進(jìn)行理論研究，更詳細地了解這類(lèi)行星的物理和化學(xué)過(guò)程。”