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K2-18b：这颗地外行星的氢气大气层里隐藏着哪些未知秘密？
K2-18b 是一颗围绕着红矮星 K2-18 运行的系外行星，距离地球约124光年。这颗行星被归类为次海王星大小，半径约为地球的2.6倍，并且在其母星的适居带内以33天的周期运行。这意味着它接收的恒星光线与地球相当。该行星最初是通过开普勒太空望远镜发现的，之后又被詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）观测，以研究它的大气。
2019年，科学家首次报告 K2-18b 大气中存在水蒸气，这一发现引起了人们的高度关注。
2023年，JWST 探测到 K2-18b 大气中的二氧化碳和甲烷。该数据的不同解读表明 K2-18b 可能是一个拥有氢气丰富的大气层的水洋行星，或是一颗气体丰富的迷你海王星。无论如何，K2-18b 与地球相比，更像是对海王星或天王星的模仿，而非地球适居的条件。这引发了对其潜在宜居性的广泛探讨。
K2-18的特性
K2-18 是一颗位于狮子座的 M 矮星，温度只有 3457 K，半径仅为太阳的 45%。该星年龄约为 24 亿年，显示出中等的恒星活动。这颗恒星还拥有一颗位于 K2-18b 轨道内的行星 K2-18c 可能通过潮汐效应与 K2-18b 相互作用。
K2-18b的物理特性
K2-18b 的半径为 2.610±0.087 R🜨，质量为 8.63±1.35 ME。该行星的密度显示它可能拥有氢气丰富的外壳，可能是岩心加上厚厚的包层，或拥有海王星般的成分。这种中等大小的行星出乎意料地少见，形成了所谓的半径谷。行星可能经历了几百万年的形成过程，但其潮汐加热并不可能促进这个过程。
可能的海洋存在
有关 K2-18b 是否存在液态水的问题依然不明朗。即便先前的资料表明水处于超临界状态，JWST 的观测结果却指向可能存在的液体海洋。但要确认这一点非常困难，因为不能仅通过质量和半径推导出海洋的存在。
研究人员表示：在超临界状态下，液体和气体之间不再有分界，更难以界定海洋的存在。
先前的研究认为，K2-18b 的大气中可能也存在其它成分，例如氨、碳简化分子等，但不同模型对这些成分的解释有所不同，科学界仍在争论中。
大气与气候
根据哈勃太空望远镜的观测，K2-18b 拥有氢气的大气层，水蒸气的存在仍存在一定的不确定性。 JWST 的观测结果显示，大气中的水蒸气浓度极低，不足 0.1%。另外，JWST 观测到甲烷和二氧化碳的比例各占大气的约 1%。其他碳氧化物的浓度尚未得到确定，仅有上限的数据。大气层的质量最多占行星质量的 6.2%，其成分可能类似于海王星或天王星。
行星演化
K2-18b 的上层大气将受到来自母星的高能辐射影响，这种高能辐射会加热大气并形成氢气，从而可能导致大气的逃逸。这样的过程显示，即便此过程持续进行，K2-18b 在其生命周期内仍可能无法完全丧失大气层。
可居住性
这颗行星位于其恒星的适居带内，其接收的恒星辐射量约为 1368+114−107 W/m2，与地球相近。然而，如何确认 K2-18b 的真实可居住性，将取决于其大气层的构成及云层的反照率。观测结果表明，该行星的深层大气可能过热，而水含量较高的层则可能适合生命的发展。
微生物在氢气丰富的环境中也能生存，这表明氢并非生命的绊脚石。
K2-18b 无疑是一个引人注目的研究对象。随着詹姆斯·韦伯太空望远镜的重返于太空，预计对这颗行星的深入探测将揭示其更多的秘密。那么，这颗行星是否真的能支持生命？
