美國宇航局（NASA）本週宣佈，其哈勃太空望遠鏡首次發現了一顆大氣中含有水蒸氣的系外行星，該系外行星位於其恆星的宜居帶中。系外行星被命名為K2-18b，由於行星大氣中含有水蒸氣，而且它位於宜居帶內，因此科學家認為其表面可能存在液態水體。

系外行星K2-18b是所謂的“超級地球”，這意味著它比我們的星球更大，在這種情況下，這顆行星也具有更大的表面密度。這是目前唯一一顆已知大氣中含有水蒸氣且溫度在支援生命所需的範圍內的系外行星，使其成為未來潛在任務的關鍵發現。

這顆系外行星距其紅矮星大約110光年，雖然它位於宜居帶內，但是NASA指出它可能比我們的星球經歷更多的高能輻射，這意味著這種環境可能最終對外星生命是不利的。

科學家最近在《Nature Astronomy》發表的一項研究中詳細介紹了行星大氣中水蒸氣的發現。NASA指出，K2-18b是數百顆已被發現的“超級地球”系外行星之一; 它在2015年由開普勒太空望遠鏡確定，隨後由哈勃太空望遠鏡觀測到。

根據NASA的資料，科學家們使用開源演算法及2016年和2017年獲得的的系外行星哈勃資料來研究這顆超級地球的大氣層。除了氦和氫之外，K2-18b的大氣中也可能含有甲烷和氮以及其他分子，但需要進一步研究才能確定。

首先K2-18b不是第一次發現大氣層中含有水蒸氣的行星，此前科學家們已經發現了許多大氣中含有水蒸氣的氣態巨行星，但這次發現的是迄今為止大氣中探測到水蒸氣質量最小的行星，這顆行星在2015年就被開普勒望遠鏡所發現，然後蒙特勒阿爾大學系外行星研究所的一個團隊研究了哈勃望遠鏡2016年到2017年的觀測資料，利用了一種被稱為過境光譜學的技術分析了K2-18b的運動軌跡，當行星繞著恆星軌道運轉時，恆星照在行星上的一部分光芒會被行星大氣層所過濾，這就等於恆星的光芒在行星大氣層上留下了一個指紋，研究人員就是靠著這種方法發現了含有水蒸氣的類地行星。

現在研究人員對K2-18b的資料結論是，K2-18b的大氣中可能含有0.01%到50%的水，另外可能還有大量的氫，關於這個巨大差異的結論是因為，透過哈勃望遠鏡的觀測恆星光芒被行星大氣層抵消的資料，人們只能分析行星上面有沒有水，但是不能確定上面的水有多少，0.01%的水和50%的水在他們的資料中表現出來的特徵是一樣的，因此研究人員現在只知道上面有水，但是不知道究竟有多少水。

透過分析透過K2-18b大氣層中的恆星光芒，人們發現了這顆行星上擁有的水蒸氣。

現在可以確定的是k2-18b這顆大氣中含有水蒸氣的行星質量是地球的8至9倍，體積是地球的2倍，它上面的重力要比地球上面高出不少。k2-18b距離它的恆星很近，它的軌道週期只有33個地球日，所以K2-18b上面的一年只相當於地球上面的一個月。由於紅矮星散發出來的熱量遠不如太陽散發出來的熱量，所以K2-18b即便很近距離的環繞恆星，它上面的溫度也和地球上差別不大，研究小組的計算表明，它上面的溫度在-76°到47°之間。

雖然上面有水還有和地球相似的溫度，但存在生命的前景並不樂觀，它所環繞的紅矮星會發出大量的耀斑，這些能量可能會嚴重限制生命的孕育。但K2-18b上面和地球一樣擁有大氣層，大氣層可以保護行星免受恆星的輻射，而且這顆行星上面還有大量的氫，氫比較輕，如果這些氫氣存在於大氣層中，那麼這顆行星上的氫氣應該早已被恆星的輻射消耗殆盡，這個情況表明，在一定程度上K2-18b地面的環境受到了大氣層的保護。

下圖為k2-18b所環繞的k2-12b紅矮星模擬圖

但大氣層的保護過於強大問題也隨之而來，厚重的大氣層會導致這顆行星上面的壓強十分巨大，這顆行星大氣的厚重程度已經讓科學家們考慮到行星大氣層中存在液態水的可能。大氣層產生的壓強導致現在已知的生物沒有可能在這顆行星表面上存活，但這顆行星在理論上可能支援某些生命形式的存在。

關於k2-18b的大氣層成分，研究人員給出了三種可能的結果，第一種大氣層中只含有水和氫氦，第二種的可能是沒有云層的大氣，其中含有水，氫氦和分子氮，第三這顆恆星的大氣層可能是渾濁的並充滿了水和氫氦。為了獲得更加詳細的資料，人們還需要更好的望遠鏡來研究這顆行星的大氣層。2021年美國宇航局的jwst太空望遠鏡發射以及2028年歐空局的ariel任務將更加詳細的調查1000顆類似與k2-18b這種系外行星的大氣。

圖片為NASA定於2021發射的jwst望遠鏡.

K2-18b這樣的行星發現水蒸氣是讓科學家們興奮不已的，像這樣的超級地球屬於銀河系內最常見的行星種類，它所環繞的紅矮星也是最常見的恆星型別，這就表示還有很多類似k2-18b這樣的系外行星等著人們發現。