可观测Universe第66章 K218b

K2-18b (系外行星) · 描述：潜在的水世界 · 身份：围绕红矮星K2-18运行的系外行星位于宜居带内距离地球约124光年 · 关键事实：在其大气中首次检测到水蒸气是首个在宜居带内系外行星中发现大气水信号的案例。

K2-18b：124光年外的“水之行星”与宜居性革命（上篇）引言：水——宇宙给生命的“通用邀请函” 当我们谈论“寻找另一个地球”时本质上是在寻找“有水的行星”。

从地球生命的起源来看无论是米勒-尤里实验模拟的原始大气放电生成氨基酸还是海底热泉口附近发现的嗜热菌液态水都是不可或缺的“溶剂舞台”——它能溶解营养物质、运输能量、参与生化反应甚至连DNA的双螺旋结构都依赖水的氢键稳定。

因此系外行星研究中“宜居带”（Habitable Zone HZ）的核心定义始终围绕“液态水能否稳定存在”展开：行星需距离恒星足够近以维持表面温度在0-100℃之间既不会被恒星烤干也不会被冻成冰球。

但“在宜居带内”只是第一步。

过去二十年人类发现了超过5500颗系外行星其中近百颗位于宜居带却从未在它们的 atmosphere（大气）中确认过“液态水存在的直接证据”——直到K2-18b的出现。

这颗围绕红矮星K2-18运行的系外行星不仅躺在宜居带的“黄金位置”更在2019年被哈勃空间望远镜（HST）首次检测到大气水蒸气信号成为人类历史上第一颗在宜居带内被证实有大气水的行星。

它的发现像一把钥匙打开了“系外行星是否有液态水”的新窗口也让“宇宙中是否存在其他生命”的问题从哲学思辨走向实证探索。

一、红矮星K2-18：宇宙里“最接地气的家园主人” 要理解K2-18b的特殊性必须先认识它的母星——K2-18（又称EPIC ）。

这是一颗光谱型为M2.8V的红矮星位于狮子座（Leo）方向距离地球约124光年。

在恒星家族中红矮星是最“低调”的群体：它们质量仅为太阳的0.08-0.5倍（K2-18的质量是太阳的0.86倍？不修正：M型红矮星的质量范围是0.08-0.5倍太阳质量K2-18的实际光谱型是M2.8V质量约为太阳的0.4倍半径约为太阳的0.43倍表面温度约3500K——比太阳低约2000K亮度仅为太阳的0.13%。

但这颗“小而冷”的恒星却有两个让天文学家振奋的特性： 1. 它是“长寿的稳定器” 红矮星的主序星阶段（即核心氢聚变的稳定期）长达数万亿年远超过太阳的100亿年。

K2-18目前约20亿岁——相当于太阳的“少年期”未来还有近万亿年的时间维持稳定辐射。

这对行星来说至关重要：生命的演化需要数十亿年的稳定环境而红矮星的“长寿”为这种演化提供了充足的时间窗口。

2. 它的宜居带“离得近够温暖” 由于红矮星温度低其宜居带（液态水能稳定存在的区域）比太阳系近得多。

太阳系的宜居带在0.9-1.5AU之间（地球在1AU火星在1.5AU）而K2-18的宜居带仅需0.1-0.2AU（约1500万-3000万公里相当于地球到太阳距离的1/6到1/3）。

这个距离内行星能接收到足够的恒星辐射维持表面温度在0-100℃之间——正好是液态水的“舒适区”。

二、K2-18b的发现：凌日法捕捉到的“宜居带访客” K2-18b的发现源于NASA开普勒望远镜的K2任务（Kepler Extended Mission）。

2013年开普勒望远镜的第二反应轮失效无法维持精准指向但天文学家通过“凌日法”的变种——“指向抖动法”让望远镜周期性地微小调整方向继续寻找系外行星。

2015年K2任务在狮子座天区观测到一颗恒星的亮度出现了周期性的微小下降：每33天亮度会降低约0.03%——这是典型的“凌日信号”：当行星从恒星前方经过时会遮挡一部分恒星光线导致亮度下降。

天文学家立即对这个信号展开追踪通过径向速度法（测量恒星因行星引力产生的微小摆动）确认：这颗行星的质量约为8.6倍地球质量半径约为2.28倍地球半径。

2017年国际天文学家团队在《天体物理学杂志快报》上发表论文正式命名这颗行星为K2-18b。

它的轨道周期33天距离恒星约0.14AU——正好落在K2-18的宜居带内。