熱氣騰騰的水世界

北辰

搜尋太陽系外的宜居行星，給人類找一個合適的第二家園，是當代天文學(xué)家熱衷的課題。到2014年2月為止，天文學(xué)家已經(jīng)確定了1700余顆系外行星。但在這些行星中，絕大多數(shù)是氣體行星，也就是像木星那樣的虛胖子，它們絕不是我們要找的目標。

尋找水世界

如今，天文學(xué)家比較關(guān)注的是一些個頭較小的、有巖石表面（意味著有大陸）的行星。在天文學(xué)領(lǐng)域，這些與地球板塊構(gòu)造相類似的行星就被稱為超級地球。雖然超級地球的數(shù)量不少，但人們顯然還對它們有更高的要求——水！任何一顆含水超級地球的出現(xiàn)，都會讓天文學(xué)家精神一振。畢竟，水才是地球生命最需要的一種物質(zhì)，而地球本身就是一顆“大水球”。

幾經(jīng)尋找，天文學(xué)家終于將目光鎖定在了GJ1214b身上。它的一切條件都符合要求，而且距離地球僅有40光年，與那些動輒距離幾百光年的行星相比，對我們更有誘惑力。更重要的是，它似乎還是一顆含水行星。不過可惜的是，這其實是一個美麗的誤會，GJ1214b的真面目是一個熱氣騰騰的水世界。

GJ1214b的兩副面孔

2009年，美國哈佛-史密森天體物理中心（Harvard Smithsonian Center）的科研人員發(fā)現(xiàn)了GJ1214b行星，它環(huán)繞著一顆紅矮星運行。

在圍繞紅矮星運行的同時，GJ1214b也會對它產(chǎn)生引力，讓它像跳搖擺舞那般左右晃動。如果行星與恒星的質(zhì)量相差不大，那么它們之間的搖擺舞就會跳得非常明顯。事實上，正是因為這種搖擺，才讓天文學(xué)家觀測到了這個獨特的天體系統(tǒng)。

由于兩者間的搖擺運動完全是由自身引力造成的，因此搖擺的幅度也能體現(xiàn)出恒星與行星的質(zhì)量對比，從而輕松地確定行星質(zhì)量。GJ1214b這顆行星的質(zhì)量是地球的5.6倍，這比那些龐大的氣體行星（比如木星、土星等）小多了。在宇宙空間中，這樣的質(zhì)量差距幾乎可以忽略不計。

在它倆跳搖擺舞的某一時刻，行星會從恒星的面前掠過。此時，它就會遮住恒星的光芒，這種現(xiàn)象就叫凌星。因此，科學(xué)家在這個特殊時刻，根據(jù)那顆紅矮星亮度的變暗程度，測算出了GJ1214b的個頭大小——地球的2.7倍。

既然知道了質(zhì)量和體積，我們就可以很容易地計算出GJ1214b的密度。它的密度約為1.9g/cm3，僅比水重一點（水的密度約為1.0g/cm3）。如果我們能把這顆星球放到水中，那么它會非常緩慢地沉入水底。當然，這樣的密度遠比不上地球的平均密度（5.5g/cm3），地球上不僅有水、陸地，還有各種金屬礦物。那么，密度如此之小的一顆行星究竟是由什么物質(zhì)組成的呢？

為此，天文學(xué)家絞盡腦汁，終于意識到只有兩種可能：第一，它有極小的巖石核心，外圍卻有一個非常大的氫氣層，簡單來說就是一大團氫氣包裹著一些石頭；第二，它有一個較大的巖石核心，核心外圍是深深的海洋，海洋之外就是大氣層。只不過，這個大氣層是水汽和氫氣并存的大氣層，而且水汽占多數(shù)。

當然，這兩種可能只是根據(jù)它的密度得出的結(jié)論，那么，GJ1214b究竟是什么樣子的呢？

難以接受的事實

從GJ1214b行星進入天文學(xué)家視野的那一天起，它就成了觀測重點，人們都想揭開它的神秘面紗，了解它的物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)。于是，各國天文學(xué)家展開了一次“競賽”——研究它的大氣層結(jié)構(gòu)。眾所周知，氫氣是世界上已知的密度最小的氣體，如果能夠排除含氫氣較多的這種可能，那么我們就幾乎可以肯定，它的大氣層主要成分是水！

正是基于這種希望，很多研究系外行星的科學(xué)家以及大型望遠鏡都投入到了這場“競賽”中。2012年，當GJ1214b與其恒星發(fā)生凌星時，來自美國的哈勃太空望遠鏡（Hubble Space Telescope）觀測了它，但卻毫無收獲。2013年，當凌星現(xiàn)象再次出現(xiàn)的時候，日本科學(xué)家使用斯巴魯望遠鏡（Subaru Telescope）研究了這顆行星。他們發(fā)現(xiàn)，在這顆行星的濃密大氣中有水蒸氣，而且水還是大氣層的主要成分。這個結(jié)果說明，GJ1214b并不是一顆大氫氣球，恰恰相反，它有較大的巖石核心，整個星球由約75%的水和25%的巖石構(gòu)成，由此比例可以得知，它基本上就是一顆大水球，其結(jié)構(gòu)跟地球相差無幾。

但非?？上У氖?，GJ1214b并不是一個宜居行星。之前我們提到，GJ1214b的恒星是一顆紅矮星，雖然這顆紅矮星的溫度并不高，但由于兩者之間的距離過近，僅為209萬千米（約為日地距離的1%，GJ1214b圍繞紅矮星運行一周只需要38小時），來自恒星的溫度使得GJ1214b異常灼熱。難以想象的高溫讓行星的海水沸騰，沸騰的水會蒸發(fā)到空氣中形成濃厚的蒸汽，而且蒸汽溫度高達230℃。開個玩笑，即使是洗桑拿浴也不需要這么高的溫度，如果用來蒸饅頭恐怕還比較合適。

不過，這個熱氣騰騰的水世界并沒有讓大家望而卻步。GJ1214b的發(fā)現(xiàn)者大衛(wèi)·沙博諾（David Sabono）認為：GJ1214b上酷熱的水蒸氣也許并不適合地球形態(tài)的生命存在，但我們極有可能發(fā)現(xiàn)其他形態(tài)的生命。當然，GJ1214b的意義不僅于此，它將成為第一個為人所確知大氣信息的類地行星。