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K2-18b：這顆地外行星的氫氣大氣層裡隱藏著哪些未知秘密？
K2-18b 是一顆圍繞著紅矮星 K2-18 運行的系外行星，距離地球約124光年。這顆行星被歸類為次海王星大小，半徑約為地球的2.6倍，並且在其母星的適居帶內以33天的週期運行。這意味著它接收的恆星光線與地球相當。該行星最初是通過開普勒太空望遠鏡發現的，之後又被詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）觀測，以研究它的大氣。
2019年，科學家首次報告 K2-18b 大氣中存在水蒸氣，這一發現引起了人們的高度關注。
2023年，JWST 探測到 K2-18b 大氣中的二氧化碳和甲烷。該數據的不同解讀表明 K2-18b 可能是一個擁有氫氣豐富的大氣層的水洋行星，或是一顆氣體豐富的迷你海王星。無論如何，K2-18b 與地球相比，更像是對海王星或天王星的模仿，而非地球適居的條件。這引發了對其潛在宜居性的廣泛探討。
K2-18的特性
K2-18 是一顆位於獅子座的 M 矮星，溫度只有 3457 K，半徑僅為太陽的 45%。該星年齡約為 24 億年，顯示出中等的恆星活動。這顆恆星還擁有一顆位於 K2-18b 軌道內的行星 K2-18c 可能通過潮汐效應與 K2-18b 相互作用。
K2-18b的物理特性
K2-18b 的半徑為 2.610±0.087 R🜨，質量為 8.63±1.35 ME。該行星的密度顯示它可能擁有氫氣豐富的外殼，可能是岩心加上厚厚的包層，或擁有海王星般的成分。這種中等大小的行星出乎意料地少見，形成了所謂的半徑谷。行星可能經歷了幾百萬年的形成過程，但其潮汐加熱並不可能促進這個過程。
可能的海洋存在
有關 K2-18b 是否存在液態水的問題依然不明朗。即便先前的資料表明水處於超臨界狀態，JWST 的觀測结果却指向可能存在的液體海洋。但要確認這一點非常困難，因為不能僅通過質量和半徑推導出海洋的存在。
研究人員表示：在超臨界狀態下，液體和氣體之間不再有分界，更難以界定海洋的存在。
先前的研究認為，K2-18b 的大氣中可能也存在其它成分，例如氨、碳簡化分子等，但不同模型對這些成分的解釋有所不同，科學界仍在爭論中。
大氣與氣候
根據哈勃太空望遠鏡的觀測，K2-18b 擁有氫氣的大氣層，水蒸氣的存在仍存在一定的不確定性。JWST 的觀測結果顯示，大氣中的水蒸氣濃度極低，不足 0.1%。另外，JWST 觀測到甲烷和二氧化碳的比例各占大氣的約 1%。其他碳氧化物的濃度尚未得到確定，僅有上限的數據。大氣層的質量最多占行星質量的 6.2%，其成分可能類似於海王星或天王星。
行星演化
K2-18b 的上層大氣將受到來自母星的高能輻射影響，這種高能輻射會加熱大氣並形成氫氣，從而可能導致大氣的逃逸。這樣的過程顯示，即便此過程持續進行，K2-18b 在其生命週期內仍可能無法完全喪失大氣層。
可居住性
這顆行星位於其恆星的適居帶內，其接收的恆星輻射量約為 1368+114−107 W/m2，與地球相近。然而，如何確認 K2-18b 的真實可居住性，將取決於其大氣層的構成及雲層的反照率。觀測結果表明，該行星的深層大氣可能過熱，而水含量較高的層則可能適合生命的發展。
微生物在氫氣豐富的環境中也能生存，這表明氫並非生命的絆腳石。
K2-18b 無疑是一個引人注目的研究對象。隨著詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的重返於太空，預計對這顆行星的深入探測將揭示其更多的秘密。那麼，這顆行星是否真的能支持生命？
