同一颗恒星的两颗行星,在同一天夜里从它面前经过。一颗干干净净,没有留下任何大气的痕迹;另一颗却拖出一道极细微的氦气流——正是这道气流,让天文学家第一次确认,一颗位于宜居带的岩石行星,至今仍然保留着大气层。

这个信号来自哈佛大学地球与行星科学博士柯林·切鲁宾(Collin Cherubim)主导的一项研究。他和同事把目光对准距离地球约48光年的系外行星LHS 1140 b,一颗绕着红矮星运转的岩石星球。这颗行星恰好坐落在恒星的宜居带内,那里温度和环境条件允许液态水长期存在于表面。但过去很长一段时间里,没有人能说清它到底有没有大气层

打开网易新闻 查看精彩图片

切鲁宾的做法反了过来。他先算出来,如果LHS 1140 b还抓着大气不放,那它上层大气里应该有大量氦在慢慢向外逃逸。然后他跑去观测,看看这个预测是不是真的。

他的导师、哈佛大学天文系主任戴维·夏邦诺(David Charbonneau)一开始并不看好。计划提交上来的时候,夏邦诺甚至觉得这个信号很难被抓住。但切鲁宾还是等到了那个特别的机会:LHS 1140 b和同一恒星系的另一颗行星,罕见地在同一个夜晚先后发生凌星。在智利拉斯坎帕纳斯天文台的麦哲伦·克雷望远镜上,搭载的WINERED红外阶梯光栅摄谱仪对准了那颗恒星。当两颗行星相继挡住一部分星光时,仪器捕捉到的光谱给出了截然不同的结果。第一颗行星什么都没留下;轮到LHS 1140 b时,氦的吸收信号浮现出来,正好对上切鲁宾事先算出的逃逸特征。

那道信号很微弱,但足够清晰。论文发表在《科学》杂志上,指出这些逃逸的氦气提供了迄今最有力的证据,证明确实有和地球成分类似、温度接近且可能支持生命的行星存在于太阳系之外,并且它们至少有一些能保住自己的大气层。

切鲁宾在研究成果公布后的一句话很快被多家媒体引用:“就我们目前所知,大气层是行星支持生命的基本条件。这是人们头一回在另一颗恒星的宜居带里,在一颗岩石行星上,找到了大气层。”

他的另一位导师、哈佛大学环境科学与工程教授罗宾·华兹华斯(Robin Wordsworth)回忆起更早的困惑:“二十年前,我们还在问有没有其他类地行星。后来知道这类行星很普遍,还在宜居带里找到了一些。接下来的问题变成了:它们有没有哪一个成功保住了大气?现在,我们知道至少有一颗做到了。”

过去的研究虽然已经标出几颗位于宜居带的岩石行星,却始终没能确证其中任何一颗在数十亿年的演化里维持住了大气层。切鲁宾团队这一次不只是找到了“有大气”的迹象,更关键的是,他们先通过理论模型预言了氦逃逸信号的具体形态,再用专门的观测去验证,最终锁定了这个从前几乎被忽略的线索。这种路径让“发现大气层”不再停留在推测和模糊迹象上,而是有了可重复验证的基础。

LHS 1140 b围绕的红矮星时常被担心会耀斑剧烈、剥光行星的大气,但这次的观测结果暗示,至少在某些条件下,岩石行星能够顶住恒星的侵蚀,把原始大气留下。对于正在寻找系外生物指征的领域来说,一颗带大气的温暖岩石行星,比起那些可能已被烤干的岩石球体,无疑让后续的追踪观测多了几分想象空间。

该团队下一步计划继续用更高精度的仪器检查LHS 1140 b的大气成分,尤其关注其中是否存在水蒸气、甲烷等可能与生命活动有关的气体。尽管目前没有任何迹象表明这颗星球上真的有生命,但一扇此前紧锁的门,已经被这道氦气推开了。