系外行星K2-18b引起了广泛关注。詹姆斯·韦伯太空望远镜光谱显示其大气中含有碳和甲烷。这些结果与其他观测结果一起表明，这颗行星可能是一个长期假设的“海星世界”。但新的研究反驳了这一点。
相反，这颗行星可能是一颗气态迷你海王星。
K2-18b位于一颗红矮星的宜居带，距离我们约134光年。它大约是地球半径的2.6倍，质量大约是地球的8.6倍。它的轨道周期只有33天，因此距离恒星很近。但由于这颗恒星是一颗暗淡的红矮星，K2-18b从恒星接收到的能量与地球从太阳接收到的能量大致相同。
科学家们仍然对这颗行星的密度和成分感到困惑。它的密度介于地球和海王星的密度之间。由于它不像地球那样主要由岩石组成，也不像海王星那样主要由气体组成，因此人们猜测它是一个海洋世界。科学家确定K2-18b成分的唯一方法是发现其大气层中的成分。
JWST就是这样做的，它的观测发现了许多化学物质，包括CO2和甲烷。它还发现缺乏氨。
本月早些时候，科学家们根据JWST的发现，展示了一些关于arXiv预印本服务器的研究(Shorttle等人，2024)。通过研究气候大气模型，研究人员得出结论，K2-18b很可能是一个岩浆海洋世界。“岩浆海洋模型再现了K2-18b目前的JWST光谱，”他们写道，“……表明这对于当前观测结果的解释与该行星拥有液态水海洋一样可信。”
图片来源：韦伯太空望远镜
但另一组研究人员并不同意这一点。这些研究人员不认为这颗行星是水星世界或熔岩世界。他们也在arXiv上发表了一篇论文，题为“JWST对K2-18b的观测可以用富含气体但表面不适合居住的迷你海王星来解释”。主要作者是尼古拉斯·沃根(NicholasWogan)，他是美国宇航局艾姆斯研究中心空间科学部的博士后研究员。沃根研究早期地球、系外行星和天体生物学。
JWST在K2-18b的大气中发现了甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)，也没有检测到氨。这些结果通常表明水藻世界具有浓厚的氢/氦大气层。但肖特尔等人的分析却显示出相反的结果，他们表示，结果也可能显示出一颗拥有岩浆世界的行星。
Wogan等人的新论文得出了不同的结论。“……我们赞成迷你海王星解释，因为它相对简单，而且不需要生物圈或其他未知的甲烷来源来解释数据，”他们写道。
在他们的工作中，研究人员使用光化学和气候模型来模拟不同版本的K2-18b，包括海王星世界和没有明确表面的富含气体的迷你海王星。他们的工作表明，富含气体的迷你海王星模型最适合数据。
行星大气层极其复杂，从如此遥远的距离弄清楚正在发生什么是一项艰巨的任务。科学家不仅需要知道存在哪些化学物质(感谢JWST)，而且还需要了解发生的所有过程。大气中的温度和压力对于我们能看到的和可能隐藏的东西起着巨大的作用。
K2-18b大气层的一方面是超临界性。超临界流体是温度和压力高于其临界点的流体。超过这个临界点，气相和液相都不存在。但压力不足以迫使材料变成固体。木星和土星的大气层深处都有超临界流体，它们的行为与液体或气体非常不同。这又增加了一层复杂性。
研究人员拥有尽可能体现复杂性的气候模型，并且研究人员将JWST的发现与三个建模的系外行星进行了比较：一个不适合居住的鬣星世界、一个适合居住的鬣星世界和一个没有表面的气态迷你海王星。
“考虑到由于H2逃逸和深度上潜在的超临界性而导致海西星世界维持稳定的温带气候的额外障碍，我们赞成迷你海王星的解释，因为它相对简单，而且不需要生物圈或其他未知的来源。甲烷来解释数据，”作者写道。
作者指出，水藻世界若要维持大气中1%的甲烷含量，就需要有生物来源或其他未知来源。他们还写道，如果K2-18b是一个海藻世界，它就很难避免失控的温室效应并保持稳定的温度。作者放弃了海藻假说，因为它充满了挑战。据他们称，气态迷你海王星场景更适合数据和模型。
他们用行星的深层大气来解释JWST的发现。“深层大气热化学猝灭”可以解释JWST发现的甲烷和二氧化碳，而上升流等深层大气动力学可以解释氨和一氧化碳的缺乏。
这不会是K2-18b的最终定论。数据将受到进一步分析。随着理解它的努力的继续，结果也将加强我们现有的大气和气候模型。未来的某一天，科学家们将知道如何区分系外行星。
但目前，他们仍在弄清楚。
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