夜空中的星星一直陪伴着人类，也让人们不断思考：在这些遥远恒星照耀下，是否还存在着另一个拥有生命的世界？
近年来，随着天文学技术不断突破，寻找宜居系外行星的研究进入了新的阶段。科学家判断一颗行星是否可能孕育生命，通常会重点关注两个条件：一是它是否属于岩石行星，与地球拥有相似的组成；二是它是否位于恒星的宜居带内，使液态水能够长期存在。
事实上，天文学家研究系外行星大气已经超过二十年。不过，以往能够成功探测的大多都是体积庞大的气态行星，例如炽热的“热木星”。这些星球距离母恒星极近，拥有膨胀的大气层和极高的温度，因此更容易被观测，而真正类似地球的岩石行星由于体积较小，大气层十分稀薄，一直难以实现直接探测。
如今，这一局面终于迎来了突破。一个国际研究团队首次在位于宜居带内的岩石系外行星LHS 1140 b上发现了大气存在的证据，这项成果已经发表在《科学》杂志，也被认为是寻找潜在宜居世界的重要里程碑。
论文第一作者、哈佛大学行星科学家科林·切鲁宾表示，这是科学家首次在另一颗恒星宜居带中的岩石行星上确认存在大气层，为未来研究类似地球的系外行星提供了新的方向。
根据最新测量结果，LHS 1140 b的质量约为地球的五倍多，半径约为地球的1.7倍。这些数据表明，它很可能是一颗岩石行星，同时拥有相对较低的平均密度，意味着除了岩石之外，还可能存在较厚的大气层，甚至储存着大量水资源。
这颗行星距离地球约50光年，围绕一颗红矮星运行。这颗恒星质量和体积只有太阳的大约五分之一，温度也远低于太阳，因此LHS 1140 b长期以来都是寻找潜在宜居世界的重要观测目标。
研究团队成员、哈佛大学科学家罗宾·华兹华斯表示，二十年前，人们甚至无法确定宇宙中是否真的存在类似地球的行星。后来，越来越多的观测证明，这类行星其实并不少见，而且不少位于恒星宜居带。接下来真正需要回答的问题，就是它们能否长期保留自己的大气层，而如今至少有一颗行星已经给出了肯定答案。
事实上，在正式观测之前，切鲁宾就曾建立计算机模型，对LHS 1140 b的大气演化进行模拟。他提出，部分岩石行星在形成后会逐渐失去质量较轻的氢元素，而较重的氦则能够保留下来，最终形成一种以氦气为主的大气层。他将这类天体称为“氦世界”，并认为这可能并非罕见现象，而是许多小型岩石行星演化过程中十分自然的一步。
为了验证自己的理论，研究团队决定直接寻找氦元素存在的证据。
2024年9月，研究人员利用位于智利阿塔卡马沙漠拉斯坎帕纳斯天文台的WINERED高分辨率光谱仪，对LHS 1140 b及其姊妹行星进行观测。当两颗行星从恒星前方经过时，恒星发出的光会穿过行星外围的大气层，不同元素会吸收特定波长的光线，科学家便能够据此分析大气组成。
最终，研究人员在LHS 1140 b的大气中发现了明显的氦吸收信号，而另一颗姊妹行星则没有类似迹象。这意味着LHS 1140 b确实拥有一层以氦为主的大气，而且部分氦气正以每秒数十万公斤的速度不断向太空逸散。
进一步分析显示，这些逸散出来的气体温度超过4700摄氏度，很可能受到恒星辐射、恒星风以及恒星与行星之间磁场相互作用的共同影响。不过，研究人员在2025年再次观测时却没有检测到相同现象，说明这种氦气逸散可能并非持续发生，而是具有一定的周期性或随机变化。
更加令人意外的是，尽管红矮星通常活动剧烈，会释放大量X射线和紫外线，对行星大气具有很强的剥离作用，但LHS 1140 b依然成功保存了大气层，并持续了超过30亿年。
切鲁宾介绍，这颗行星接收到的恒星能量约为地球获得太阳能量的42%。虽然它在早期历史中经历了比现在更强烈的高能辐射，但由于距离恒星相对较远，因此仍然能够保留形成初期积累的大部分氦气，这一点与模型预测结果基本一致。
对于科学家来说，这项发现只是一个新的开始。接下来，他们希望借助更先进的观测设备，对LHS 1140 b进行更加深入的研究，进一步确认它是否拥有液态海洋、丰富水资源，甚至寻找更多可能与生命存在有关的线索。
与此同时，这项成果还意味着，未来天文学家可以利用类似的方法，在更多岩石行星上寻找大气层，并不断扩大潜在宜居世界的候选名单。
值得注意的是，此次发现主要依靠地面大型望远镜完成，并非完全依赖詹姆斯·韦伯太空望远镜。这也证明，只要观测技术不断提升，地面天文台同样能够在探索系外行星大气、寻找潜在生命家园等研究领域发挥重要作用。
切鲁宾表示，这次成果首先验证了此前提出的理论模型，而他更期待的是，这只是未来更多观测工作的起点。随着技术不断发展，人类距离揭开系外宜居世界的真实面貌，也正在一步步接近。
原文：https://www.sciencealert.com/for-the-first-time-astronomers-have-detected-an-atmosphere-around-a-rocky-planet-in-the-habitable-zone
