天文学家发现了系外星球有大量水存在的证据

【导语】蒙特利尔大学一个研究小组发现了系外星球有水存在的证据。研究人员发现围绕一颗红矮星运行的两颗系外行星是“水世界”：水构成了整个行星的大部分。这两颗水行星位于天琴座、距离地球218光年外的行星系中，它们和我们太阳系中发现的任何行星都不一样。

这个由蒙特利尔大学特罗蒂尔系外行星研究所的卡罗琳·皮亚莱特领导的团队，在今天的《自然天文学》杂志上发表了关于这个开普勒-138行星系的详细研究。

红色星球是恒星开普勒-138b

皮亚莱特和他的同事们用哈勃望远镜和退役的史匹哲望远镜观测了系外行星开普勒-138c和开普勒-138d，并发现这些行星可能主要由水组成。

这两颗行星和一个较小的行星伴星更靠近恒星开普勒-138b。开普勒138b是由美国宇航局的开普勒太空望远镜发现的。在这项新的研究中还发现了存在第四颗行星的证据。

天文学家不是在开普勒-138c和d上直接发现有水，而是通过模型来比较行星的大小和质量并得出结论：它们很大一部分的体积——多达一半——应该由材料比岩石轻但比氢或氦重（构成大量的气体巨行星，像木星）的物质组成，而这些候选材料中最常见的就是水。

“我们以前认为这些比地球大一点的行星就像地球一样是由金属和岩石组成的，这就是为什么我们称它们为超级地球的原因，”蒙特利尔大学的天体物理学教授及论文合著者比约恩·本内克解释说，“然而，我们现在已经证明了这两颗行星，开普勒-138c和d，本质上是完全不同的，它们整个体积的很大一部分很可能是由水组成的。这是迄今为止关于水世界存在的最好证据。这种行星状态被天文学家在理论上认可已经存在了很长一段时间。”

行星c和行星d的体积是地球的三倍多，质量是地球的两倍大，它们的密度比地球要低得多。这令人惊讶，因为迄今为止被详细研究过的比地球稍大一些的大多数行星，似乎都是像我们一样的岩石世界。

“想象一下木卫二或土卫二的高级版本，这些富含水的卫星围绕着木星和土星运行，但会使它们离恒星更近”，皮乌莱特解释说， “它们会有巨大的水汽包层，而不是有冰的表面。”

水行星的结构

研究人员还提醒说，“这些行星的表面可能没有像地球上那样的海洋。开普勒-138d大气层的温度很可能高于水的沸点，我们预计这颗行星上有一个由蒸汽构成的高密度大气层。只有在蒸汽的下面，才可能有高压的液态水，甚至是高压下的另一个阶段的水，称为超临界流体。”

2014年，基于美国宇航局开普勒太空望远镜的数据，允许天文学家宣布探测到三颗围绕开普勒-138运行的行星。这是根据当行星暂时从恒星前面经过时，通过测量星光的下降得出的。2014年和2016年间，本尼克和他来自新墨西哥大学的同事戴安娜·德拉戈米尔想出了通过哈勃和史匹哲太空望远镜重新观测行星系的想法，以便捕捉到更多的开普勒-138d的凌日，以研究它的大气层。

这两个可能的水世界开普勒-138c和d并不位于宜居带，温度将让液态水进入了岩石行星的表面。但在哈勃和史匹哲的数据中，研究人员还发现了该星系中的新行星开普勒-138e。这颗新发现的行星比其他三颗行星离其恒星更远，需要38天运行一圈。然而，这颗附加行星的性质仍然悬而未决，因为它似乎并没有经过它的主恒星，只有经过它的主恒星时才可以让天文学家确定它的大小。

研究人员还有另一个惊喜：他们发现开普勒-138c和d是双行星，大小和质量几乎相同，而之前人们认为它们截然不同。另一方面，更近距离的行星开普勒-138b被证实是一颗如同火星质量的小行星，是迄今为止已知的最小的系外行星之一。