天文學家發現了系外星球有大量水存在的證據

【導語】蒙特利爾大學一個研究小組發現了系外星球有水存在的證據。研究人員發現圍繞一顆紅矮星運行的兩顆系外行星是“水世界”：水構成了整個行星的大部分。這兩顆水行星位於天琴座、距離地球218光年外的行星系中，它們和我們太陽系中發現的任何行星都不一樣。

這個由蒙特利爾大學特羅蒂爾系外行星研究所的卡羅琳·皮亞萊特領導的團隊，在今天的《自然天文學》雜誌上發表了關於這個開普勒-138行星系的詳細研究。

紅色星球是恆星開普勒-138b

皮亞萊特和他的同事們用哈勃望遠鏡和退役的史匹哲望遠鏡觀測了系外行星開普勒-138c和開普勒-138d，並發現這些行星可能主要由水組成。

這兩顆行星和一個較小的行星伴星更靠近恆星開普勒-138b。開普勒138b是由美國宇航局的開普勒太空望遠鏡發現的。在這項新的研究中還發現了存在第四顆行星的證據。

天文學家不是在開普勒-138c和d上直接發現有水，而是通過模型來比較行星的大小和質量並得出結論：它們很大一部分的體積——多達一半——應該由材料比岩石輕但比氫或氦重（構成大量的氣體巨行星，像木星）的物質組成，而這些候選材料中最常見的就是水。

“我們以前認為這些比地球大一點的行星就像地球一樣是由金屬和岩石組成的，這就是為什麼我們稱它們為超級地球的原因，”蒙特利爾大學的天體物理學教授及論文合著者比約恩·本內克解釋說，“然而，我們現在已經證明了這兩顆行星，開普勒-138c和d，本質上是完全不同的，它們整個體積的很大一部分很可能是由水組成的。這是迄今為止關於水世界存在的最好證據。這種行星狀態被天文學家在理論上認可已經存在了很長一段時間。”

行星c和行星d的體積是地球的三倍多，質量是地球的兩倍大，它們的密度比地球要低得多。這令人驚訝，因為迄今為止被詳細研究過的比地球稍大一些的大多數行星，似乎都是像我們一樣的岩石世界。

“想象一下木衛二或土衛二的高級版本，這些富含水的衛星圍繞着木星和土星運行，但會使它們離恆星更近”，皮烏萊特解釋說， “它們會有巨大的水汽包層，而不是有冰的表面。”

水行星的結構

研究人員還提醒說，“這些行星的表面可能沒有像地球上那樣的海洋。開普勒-138d大氣層的溫度很可能高於水的沸點，我們預計這顆行星上有一個由蒸汽構成的高密度大氣層。只有在蒸汽的下面，才可能有高壓的液態水，甚至是高壓下的另一個階段的水，稱為超臨界流體。”

2014年，基於美國宇航局開普勒太空望遠鏡的數據，允許天文學家宣布探測到三顆圍繞開普勒-138運行的行星。這是根據當行星暫時從恆星前面經過時，通過測量星光的下降得出的。2014年和2016年間，本尼克和他來自新墨西哥大學的同事戴安娜·德拉戈米爾想出了通過哈勃和史匹哲太空望遠鏡重新觀測行星系的想法，以便捕捉到更多的開普勒-138d的凌日，以研究它的大氣層。

這兩個可能的水世界開普勒-138c和d並不位於宜居帶，溫度將讓液態水進入了岩石行星的表面。但在哈勃和史匹哲的數據中，研究人員還發現了該星系中的新行星開普勒-138e。這顆新發現的行星比其他三顆行星離其恆星更遠，需要38天運行一圈。然而，這顆附加行星的性質仍然懸而未決，因為它似乎並沒有經過它的主恆星，只有經過它的主恆星時才可以讓天文學家確定它的大小。

研究人員還有另一個驚喜：他們發現開普勒-138c和d是雙行星，大小和質量幾乎相同，而之前人們認為它們截然不同。另一方面，更近距離的行星開普勒-138b被證實是一顆如同火星質量的小行星，是迄今為止已知的最小的系外行星之一。