封面｜艺术家对绕红矮星K2-18（左）运行的系外行星K2-18b（右）的想像
大家好，我是科学羊。
如果你一直关注天文新闻，你很可能听说过这样一个星球——它距地球120光年，位于天文学家所定义的“宜居带”（但实际上可能并不如此）。
它比地球更大、质量更大（不少人错误地称它为“超级地球”），甚至有报道称它被液态水海洋覆盖（这点并没有确凿证据），而且大气层中可能含有二甲硫醚（这种说法的真实性仍有待考证）。
K2-18行星系统图，显示K2-18b和未经证实的候选者K2-18c轨道，以及恒星的适居带
K2-18b确实被詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）观测到，并且它的大气层的光谱中确实揭示了一些迷人的细节。
然而，这颗星球并没有被证实是一个海洋世界，甚至没有确凿的水的存在证据。而关于二甲硫醚的发现也缺乏足够的证据，更不要说将它与生物学活动联系在一起的推测了。
二甲硫醚的结构｜显示氢原子二甲硫醚的空间填充模型
尽管如此，如果你浏览网络上的新闻标题，你可能会看到诸如《纽约邮报》、《每日邮报》这样带有耸人听闻外星生命暗示的报道，甚至一些通常比较严谨的媒体，如《国家地理》、BBC等也参与了这个话题的炒作。
但我们这里想要的，并非是夸大其词和轰动效应，而是追求科学的真理。那么，让我们从科学角度，深入分析一下K2-18b到底是怎样的一颗行星。
01 K2-18b与“超级地球”的误解
在银河系中，最常见的“大小”类型的行星是超级地球，质量大约是地球的2到10倍。
比如开普勒452b，它的体积和质量比地球大得多，但如果我们将它称为“类地球”就有些不准确。
因为它可能拥有一层厚重的气体外壳，类似迷你版的海王星，或者它的表面更像是一个被剥离的热行星核，类似于水星的放大版。
与地球相似的行星，往往只有在半径不超过地球1.7倍的情况下才可能存在类似地球的特征。
对于K2-18b来说，情况恰恰相反。
虽然它与地球与太阳的距离相仿，因此理论上似乎具备宜居潜力，但它的尺寸和质量远远超出地球，这使得它更像是一个膨胀的海王星，而非一个类似地球的行星。
当星光穿过凌日系外行星的大气层时，就会留下印记。根据发射波长和吸收特征的强度和强度，可以通过凌日光谱技术揭示系外行星大气中是否存在各种原子和分子物种
02 K2-18b的实际特征
K2-18b的半径大约是地球的2.6倍，质量是地球的8.6倍。
这意味着它的密度比地球小得多，这也意味着它的外层应该包裹着大量的挥发性气体。
通常，任何半径超过地球1.7倍的行星，其引力足以保持氢气和氦气等轻元素，形成一个厚厚的气体外壳。对于像地球这样的行星，其引力不足以保持如此轻的气体，因此K2-18b显然更接近海王星，而非地球。
有研究指出，任何半径超过地球1.75倍的行星，几乎都具备了海王星的特征，而非地球的特征。
即便我们测得了该行星的大气层，依然无法确认它是否具备液态水。事实上，如果K2-18b的气体层占据了超过地球质量的0.5%，那它的表面压强将会高得多，温度也会极其高。
03 JWST观测与K2-18b的真实情况
利用韦伯的近红外成像和无缝光谱仪和近红外光谱仪获得的 K2-18b 光谱显示，在系外行星的大气层中存在大量甲烷和二氧化碳，并且可能检测到一种叫做二甲硫醚 (dMS) 的分子。(图片来源：NASA)
JWST并非首次观测K2-18b的气氛。
早在2019年，哈勃太空望远镜就已对K2-18b进行过光谱分析，并宣称发现了它的大气层中有丰富的氢气，可能存在云层，并且可能探测到水蒸气。
这些发现一度让人兴奋不已，但它们并不具备完全的说服力。
哈勃的观测数据仅限于红外线的窄范围，无法区分水蒸气与甲烷等其他气体的差异。
然而，随着JWST的进驻，它拥有更为先进的光谱技术，使得我们能够更加准确地分析K2-18b的大气成分。
在最新的观测中，JWST的仪器（NIRISS和NIRSpec）揭示了K2-18b大气层中甲烷和二氧化碳的强烈信号，而水蒸气的迹象则被确认为甲烷的印记。
值得注意的是，二甲硫醚（DMS）这个分子也在光谱中出现了微弱的信号。
这种化合物是地球上一些生物活动的副产物，尤其是浮游生物和细菌。然而，由于光谱数据中的误差较大，二甲硫醚的检测结果并不可靠，我们不能过早得出结论，认为K2-18b上有生物活动的存在。
04 K2-18b的宜居性与生命存在的可能性
如果K2-18b真的是一个海王星类型的行星，其大气层充满了氢和氦，它的表面不太可能适合生命存在。
即便在如此不利的条件下，我们也不能完全排除它拥有深层水的可能性，甚至或许存在一些极其特殊的生命形式，可能在其深处的水域中繁衍生息。
但从目前的观测数据来看，关于水的存在并没有明确证据，更不要说有生命存在的迹象。
二甲硫醚的微弱信号可能预示着某种生物过程的存在，但这一切都需要更多的数据和深入的研究来验证。
可居住行星的条件尚不确定
总而言之，关于K2-18b的研究仍处于初期阶段。
我们已经确认了它的大气中存在甲烷，推测可能有二氧化碳，而二甲硫醚的检测结果则尚无足够证据支持。
最重要的是，当前我们没有找到确凿的水的存在证据，这意味着我们无法将其称为一个被海洋覆盖的类地世界。
未来的研究可能会进一步揭示K2-18b的更多奥秘，或许某一天我们会发现它确实具有适合生命存在的条件，或者它将被证明是一颗完全不同于地球的行星。
但在目前，关于K2-18b的所有推测，都还停留在不确定的领域。
我们对宜居区的定义依然不够完善，也许K2-18b的真实面貌会超出我们当前的理解框架，但我们必须坚持科学的标准，避免过早得出结论，以免误导公众。
好，今天就先这样了～
科学羊🐏 2025/01/04
祝幸福~
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