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第39章 LHS 1140 b(2/5)

球质量,半径是1.4±0.1倍地球半径,所以密度是(6.4)\/(1.4^3)=6.4\/(2.744)=2.33克\/立方厘米?不对,这比地球轻很多,但仍然是岩石行星吗?或者可能是我记错了,正确的密度应该是5.5克\/立方厘米左右?哦,不,等一下,可能我混淆了LhS 1140 b和其他行星,比如tRAppISt-1 e的密度是1.02克\/立方厘米,是海洋行星。而LhS 1140 b的密度更高,说明它有更厚的岩石层,甚至可能有铁核。好的,不管怎样,关键是它的密度足够高,说明是岩石行星,有固态表面。

    回到发现过程:通过凌星法和径向速度法的结合,科学家确认LhS 1140 b是一颗岩石行星,轨道周期28天,正好位于LhS 1140的宜居带中间位置——它接收到的恒星辐射是地球的1.4倍,表面温度估算在15-25c之间,恰好处于液态水能稳定存在的范围。

    三、“超级地球”的宜居密码:固态表面与液态水

    LhS 1140 b被称为“超级地球”,并非因为它比地球大多少(半径是地球的1.4倍,质量是6.4倍),而是因为它具备地球级别的宜居条件:

    1. 固态表面:生命演化的“舞台”

    岩石行星的核心是关键——LhS 1140 b的密度(约5.5克\/立方厘米,与地球相当)表明,它有一个铁镍核心(产生磁场)和硅酸盐地幔(维持地质活动)。地球的磁场是生命的“保护伞”,能偏转恒星的带电粒子流(太阳风),防止大气层被剥离。LhS 1140 b的铁核足够大(约占质量的30%),能产生类似地球的磁场——这意味着它的大气层不会像proxima b那样被恒星风刮走。

    此外,岩石行星的地质活动(如板块构造)能循环碳、氧等元素,调节大气成分。地球的板块构造将二氧化碳吸入地幔,再通过火山喷发释放,形成“碳循环”,避免了失控温室效应(如金星)。LhS 1140 b的质量更大,地质活动可能更活跃,这意味着它能长期维持稳定的大气环境。

    2. 液态水:生命的“源头”

    液态水的存在是生命诞生的必要条件。LhS 1140 b位于宜居带中间,表面温度适合水以液态形式存在。更关键的是,它的轨道偏心率极低(仅0.01)——几乎是完美的圆形轨道,不会出现像水星那样的“近日点灼烧、远日点冰冻”,温度波动极小,液态水能稳定存在数十亿年。

    科学家通过气候模型模拟了LhS 1140 b的环境:如果它有类似地球的大气层(1 bar压力,21%氧气,78%氮气),表面温度将是22c,赤道地区有液态海洋,两极有冰盖——这与地球的北极圈环境非常相似。即使大气层更厚(比如二氧化碳为主),温度也不会超过50c,不会像金星那样达到460c的失控状态。

    四、大气层的“悬念”:哈勃的观测与韦伯的期待

    大气层是生命存在的“第二道防线”——它不仅能保持温度,还能过滤有害辐射(如紫外线),提供生命所需的气体(如氧气、氮气)。对于LhS 1140 b来说,大气层的性质是判断其是否宜居的核心。

    1. 哈勃的初步结论:没有氢逃逸

    2020年,哈勃空间望远镜对LhS 1140 b进行了紫外光谱观测,重点是检测大气层中的氢原子。氢是宇宙中最丰富的元素,也是生命分子(如水、甲烷)的组成部分,但如果行星大气层中的氢大量逃逸,说明大气层无法保留,生命难以存在。

    哈勃的结果令人振奋:LhS 1140 b的氢逃逸率极低——仅为地球的1\/10。这意味着它的大气层没有被恒星风剥离,可能保留了厚厚的原始大气层。结合行星质量(6.4倍地球),它的引力足以束缚住氢、氧等重元素,形成稳定的大气。

    2. 韦伯的“终极考验”:寻找生命信号

    哈勃的观测解决了大气层是否存在的问题,但韦布空间望远镜(JwSt)将回答更关键的问题:大气层中是否有生命活动的痕迹?

    根据JwSt的任务规划,它将用NIRSpec光谱仪对LhS 1140 b进行透射光谱观测——当行星凌星时,恒星的光会穿过行星大气层,不同分子会吸收特定波长的光,形成“光谱指纹”。科学家将重点寻找以下分子:

    水(h?o):液态水存在的直接证据;

    二氧化碳(co?):地质活动的标志;

    氧气(o?)\/臭氧(o?):光合作用的产物,可能是高级生命的信号;

    甲烷(ch?):微生物活动的副产品(如地球的湿地、肠道菌群)。

    如果JwSt能检测到臭氧,那将是一个“爆炸性”的消息——因为臭氧的形成需要氧气,而氧气在自然条件下很难大量存在,除非有生命活动(如植物的光合作用)。

    五、对比其他候选:LhS 
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