重磅!科学家在宜居带内的类地行星上探测到大气,它距地球49光年
在寻找外星宜居环境的路上,天文学家最看重的线索,莫过于行星外层的大气层。
它既能锁住温度、留住液态水,又能挡住有害的宇宙射线,是生命诞生的重要前提,可偏偏在岩质行星上,大气格外难寻,尤其是围绕红矮星运行的行星,恒星持续喷发出的高能辐射就像鼓风机一样不停撕扯行星大气,没人能确定这些行星能不能把大气留住几十亿年,以供生命演化。
2026年发表在《科学》杂志的一项观测,给了一个惊喜的答案。

天文学家在距离地球约49光年的LHS 1140系统里,首次在宜居带的岩质行星上,清晰捕捉到大气层信号!

LHS 1140是一颗昏暗的小型红矮星,质量和亮度都远不如太阳,它的年龄大约31亿年。

这颗红矮星周边围绕着两颗岩质行星:靠里的是LHS 1140c,个头比地球大一圈,每3.8天绕恒星转一圈,接收到的恒星辐射是地球的5倍;靠外的是LHS 1140b,半径是地球的1.73倍、质量是地球的5.6倍,每24.7天公转一周,收到的恒星能量只有地球的42%,刚好落在允许液态水存在的宜居带范围内。

天文学家为了看清这两颗行星的大气,利用了智利拉斯坎帕纳斯天文台的麦哲伦-克莱望远镜,在2024年9月对准了这个恒星系统。
他们观测了两次行星凌日,也就是行星从恒星前方经过的时刻,这时恒星光会穿过行星最外层的大气,大气里的不同原子会吸收特定波长的光,从而在光谱中留下可辨别的吸收线。
观测的结果让天文学家很惊喜:在LHS 1140b的凌日过程中,研究团队清晰检测到了氦原子的吸收信号,不仅如此,在行星进入凌日之前,他们就能检测到明显的氦吸收线,这说明氦气似乎在逃逸,它在行星轨道前方拉出了一条前导尾迹。

凌日结束后也检测到了微弱的吸收信号,这被视作行星后方尾随尾迹的初步证据,整体形态类似彗星的彗尾包裹着行星向前运动。

而同系统中的LHS 1140c,全程都没有检测到任何氦的痕迹,这与此前的判断一致,它的大气早就消散殆尽。
通过光谱信号的强度,研究团队测算出了这层大气的逃逸速度:每秒有200到420吨的氦气从行星上层散逸到太空中。
驱动这些气体逃逸的,是恒星发出的X射线与极紫外辐射:这些高能射线持续加热行星上层大气,让气体受热膨胀,达到能挣脱行星引力的速度,形成持续向外的流体动力流。

除过发现大气,更耐人寻味的是大气的成分。
按常理来说,行星原始大气里氢气应该比氦气更多,但这次观测里,高层大气的氢含量极低,氢和氦的原子比例不到千分之一。
对此,研究团队的解释是:这是典型的大气分馏结果,氢气更轻,更容易被恒星辐射吹走,在几十亿年的漫长演化里,绝大多数氢气早就逃进了太空,所以剩下更重的氦气则成了高层大气的主角。
这也是天文学家首次在宜居带岩质行星上,通过观测印证了氦世界这类理论预言的行星演化形态。
不过奇怪的是,当研究团队在2025年再次观测这颗行星时,氦的吸收信号却彻底消失了。

难道短短一年时间,行星就把大气丢光了?
答案显然不是这样。
研究团队用两套独立的方法重新处理了两年的观测数据,排除了操作误差的可能,最终得出结论:大气逃逸本身没有停止,只是强度变弱了。
恒星的活动水平不是恒定的,就像太阳有11年的活动周期一样,红矮星的辐射强度也会起伏;同时高层大气自身的温度变化,也会改变氦原子的激发比例。

当恒星辐射变弱或大气温度升高时,一方面逃逸的氦气总量会减少,另一方面,能被激发到可吸收特定光线状态的氦原子也会变少。
2025年的吸收深度已经降到了0.6%以下,低于观测设备的检测极限,所以才会消失不见。
这次发现也解开了此前的一个争议。
此前詹姆斯·韦伯空间望远镜对这颗行星的观测,已经排除了它拥有蓬松的无云氢氦大气的可能;结合行星密度与演化模型,学界曾提出它的低层可能富含水等较重的挥发性物质。
两种看似矛盾的结论,在本次研究中得到了统一:这颗行星的大气是分层的。

最外层是稀薄的氦气散逸层,正在持续流失;往下温度骤降,形成了一层极寒的冷阱,温度低至零下79摄氏度。
水汽、二氧化碳这类分子量较大的物质,升到这里就会凝结沉降,根本碰不到最外层的逃逸气流。
所以韦伯望远镜观测到的低层大气特征,和这次看到的高层氦大气,其实是同一颗行星的不同层面。
这样的结构也意味着,行星表面很可能保留了足够的挥发物,甚至可能存在液态水。

当然,这并不代表它一定适合生命生存,但至少说明,宜居带的岩质行星有能力留住稳定的低层大气,哪怕最外层在持续流失。
这项发现的价值,远不止找到一颗有大气的行星。
它首次用观测数据验证了岩质行星的大气分馏演化路径,也为宇宙海岸线理论提供了绝佳的现实样本。
甚至对研究地球自身也有帮助:有理论认为,早期地球也曾拥有过一层以氢氦为主的原始大气,后来才逐渐消散,换成了现在的氮氧大气。
LHS 1140b的状态,刚好能帮我们推演太阳系行星的早年经历。

目前,天文学家已经启动了更大规模的系外行星大气观测计划,用韦伯和哈勃望远镜扫描数十颗围绕红矮星运行的岩质行星。
LHS 1140b自然是重点观测目标,更多的观测数据会逐步揭开这颗氦世界的完整面貌。
宇宙里的岩质行星远比我们想象的更多样,每一次新发现,都在刷新我们对宜居世界的认知。
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