天文学家发现了位于另一颗恒星宜居带内的一颗岩石行星周围首个被确认的大气层。行星 LHS 1140 b 通过缓慢泄漏到太空中的氦气揭示了其大气层。该行星位于 48 光年之外，
这一发现提供了迄今为止最有力的证据，表明在太阳系外可能存在具有大致类地温度和岩石成分的行星，同时这些行星还保留着可能支持生命的条件。
“大气层对于行星支持我们所知的生命至关重要，”第一作者科林·切鲁比姆说，他最近在哈佛大学获得了地球与行星科学博士学位。
“这是人类首次在另一颗恒星的宜居带内的岩石行星上发现大气层。”
氦揭示了系外行星的大气层
这项研究发表在7月16日的《科学》杂志上，描述了对从LHS 1140 b逃逸的氦的观测，LHS 1140 b是一颗距离地球约48光年的岩石系外行星。该信号支持了早先关于该行星拥有大气层的理论预测。
LHS 1140 b在其宜居带内围绕一颗红矮星运行。这是恒星周围温度和其他环境条件可能允许液态水在行星表面存在的区域。
科学家已经确认了数千颗系外行星，包括几颗位于宜居带的岩石天体。然而，确认这些行星是否拥有大气层一直是系外行星研究中最困难的挑战之一。
“二十年前，我们想知道是否还存在其他类地行星，”哈佛大学环境科学与工程戈登·麦凯教授兼地球与行星科学教授、切鲁比姆的论文导师之一罗宾·沃兹沃思说道。“后来我们了解到它们很常见，并在宜居带发现了一些。下一个问题是它们中是否有任何一颗设法保留住了大气层。现在我们知道至少有一颗做到了。”
一颗保留了大气层的岩石天体
先前的研究已经确认了在其恒星宜居带内运行的岩石行星。然而，这项研究首次清楚地表明，其中一个天体拥有可能已经存在了数十亿年的大气层。
切鲁比姆和他的同事建立了一个理论模型，预测LHS 1140 b的高层大气将包含大量缓慢逃逸到太空中的氦。
研究人员利用位于智利麦哲伦天文台的温红外阶梯光栅光谱仪（WINERED）测试了这一预测。他们的观测利用了一次不寻常的事件，即LHS 1140 b和另一颗行星在同一晚从其恒星前方穿过。
第二颗行星没有显示大气层的迹象。然而，LHS 1140 b产生了氦从行星逃逸的清晰信号，提供了它仍然保留着大气层的证据。
望远镜数据证实的预测
切鲁比姆的共同导师、哈佛大学天文学系主任兼哈佛与史密森尼天体物理学中心的天文学家大卫·夏博诺，最初怀疑该计划是否会成功。该预测来自数学模型，而且这种信号从未在岩石天体上被观测到过。
结果改变了他的想法。
“科林分析了我们已知的行星，并预测这颗行星会有氦大气层，”夏博诺说。“然后他安排了望远镜时间，获得了数据，而且探测结果在统计上是确凿的。”
这一发现表明，天文学家可能可以通过寻找逃逸到太空中的气体，从地面研究岩石系外行星的大气层。
寻找生命的一个有希望的目标
天文学家估计LHS 1140 b的大气层已经存续了三十亿年以上。这种长久性使该行星成为后续观测的一个特别有希望的目标。
切鲁比姆希望能确定大气层的完整化学成分，并最终确定该行星是否拥有表面海洋或其他与宜居性相关的特征。他和他的同事还计划利用该模型寻找更多拥有大气层的岩石天体。
“这是一次模型验证，希望这仅仅是未来更多观测中的第一次，”他说。