《自然天文学》杂志

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两个独立的天文团队已经在超级地球K2-18b发现了水蒸气的迹象。

这是超级地球K2-18b系统的艺术构想图：它包含了主恒星和一个伴星

欧航局/哈勃望远镜/M.科尔曼

两个不同的天文团队，在超级地球K2-18b的大气层表面都探测到了水蒸气，这无疑是外星 探索 进程的里程碑。

这个行星是岩石态的，但它并不是地球的孪生儿。K2-18b属于超级地球，半径大约是地球的3倍，重量在7-10倍之间。超级地球是一种在太阳系中并不存在，但在银河系中数量丰富的行星。一些带有庞大气态壳层的超级地球被证明是类似于亚海王星的天体，但是这类行星的平均密度又近似于月球和火星的密度。

到目前为止，测量超级地球大气层的尝试失败了，要么是因为厚厚的云层(如格利泽1214 b和HD 97658 b)，就是因为一种只有氢和氦的轻质、无特色的大气层(如坎昆55)，或者没有大气层，也没有云(就像TRAPPIST-1系统中的六颗行星一样）。

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K2-18b很引人注目，部分原因在于它像TRAPPIST-1行星一样，在红矮星的栖息圈里运行。它每33天绕着它的恒星转一圈，但是这颗恒星提供的光只够刚好让水保留在行星表面，这颗恒星不到太阳的一半大，比太阳更红更暗。在仅仅110光年之外，这个超级地球似乎是进一步研究超级气球大气层的一个很好的候选者。

水的存在

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比约恩·本尼克(蒙特利尔大学)带领一个团队，使用哈勃太空望远镜，观察这颗行星穿过其恒星的表面。该小组对其中八次凌日的分析，以及开普勒和斯皮策太空望远镜观测到的凌日，将发表在《天文学杂志》上。伦敦大学学院的另一个团队，主要作者安热洛斯·齐阿拉斯，现已公开研究数据，并在9月11日出版的《自然天文学》杂志上发表了一篇对哈勃数据的独立分析。

两个团队都 探索 出水蒸气几乎肯定存在于这个超级地球的大气中。除此之外，其余数据是模糊的:不清楚有多少水存在，或者以什么形式存在。

这在很大程度上是因为研究人员在这颗行星经过它的宿主恒星前时获取了它的透射光谱——也就是说，他们是在恒星的透射光穿过行星大气层的一小片区域时进行观察。

美国宇航局科学家在五颗炽热木星的大气层中发现了微弱的水的迹象。所有五颗行星似乎都有高空薄雾，这减弱了大气层深处的水信号。

这种观察没有给出很多关于温度和压力是如何随高度变化的信息，这让天文学家对从这个岩石星球的组成到结构的一切都一无所知。有猜想，这个星球可能是一个水的世界，但这是一个目前不能进行证实或是否定的猜想。

“我们真的对于从这些观察中所能提取的数据十分谨慎对待，”乔万娜·蒂内蒂(伦敦大学)说。

这是一个怎样的世界?

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伦敦大学学院团队的英戈·沃尔德曼解释说，三种不同的情况同样符合观察数据:大气可以是含有大量水的纯氢；也可以是含有少量水的氢和氮；或者第三种选择是考虑到氢大气层、一个“极小微粒”的水，以及高海拔的云层或模糊的烟雾。

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本尼克和他的同事提出了另一个可能选择:除水蒸气外，还有液态水。他们的计算表明，在这个世界的中层大气中可能会下雨。

获取更多的数据将有助于确定这些假设是否正确。哈勃为研究水的存在提供了理想的波长范围，这对于研究其他超级地球也更加适用。此后，詹姆斯·韦伯太空望远镜将提供更宽的波长范围和更高分辨率的光谱，这将是 探索 这个世界的关键。

作者: skyandtelescope

FY: 句号兽

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生命的基本构件可以在太空中形成，科学家在实验室进行了证明

肽是最小的生物分子之一，是生命的关键组成部分之一。新的研究表明，它们可以在太空中的冰粒表面形成。这一发现证实了流星、小行星或彗星可以通过撞击地球并提供生物构件来启动地球上的生命的想法。

肽是氨基酸的短链，氨基酸是蛋白质的组成部分。当肽连接在一起形成一条链时，它们被称为多肽。长于约 50 的多肽链就是蛋白质了。有时肽被称为“蛋白质的短表亲”。蛋白质是较大的生物分子，发挥着许多重要的生物学作用，因此没有肽就没有蛋白质，也就没有生命。身体中的每个细胞和所有组织都含有肽。

大多数人认为，埃米尔·费舍尔（Emil Fischer）在 20 世纪初发现了肽和肽键。他获得了 1902 年的诺贝尔化学奖。费舍尔认为有一天科学家可以利用肽科学合成蛋白质。现在我们生活在一个不断发现和合成肽的时代，产生了80多种治疗各种疾病的新疗法。肽很关键，它们的用途很广泛。它们的发现帮助开创了一个我们对生物过程的理解突飞猛进的时代。

而在太空中的发现肽可能对理解生命起源有同样的意义。

肽一定起源于某个地方。近年来，研究人员在太空中发现了其他结构单元，如氨基酸。天文学家在坠落地球的陨石中发现了氨基酸，他们在彗星中发现了甘氨酸以及铵盐和脂肪族化合物。最新的研究表明，我们可以将肽添加到太空中自然存在的有机构件列表中。

如果这项新研究是准确的，太空中的自然过程可以产生基本的前生物构件。这表明生命出现的可能性可能很普遍，并且任何肥沃的行星或卫星都可能已经播种了这些构件。

来自德国耶拿大学和马克斯·普朗克天文学研究所的科学家2月10日在《自然天文学》杂志上发表了一篇论文，题目是《通过原子碳的凝聚在太空中形成肽的途径》，论文主要作者是泽格·克拉斯诺库茨基（Serge Krasnokutski）。

这项新研究的合著者、马克斯·普朗克天文学研究所所长托马斯·亨宁（Thomas Henning）说：“令人惊讶的是，复杂的有机分子存在于恒星之间、原行星盘、原始陨石和彗星之间更密集的区域。它们可以通过气体阶段的、冰冷的颗粒表面和陨石母体的湿化学过程中的各种过程形成。”

研究人员在他们的论文中指出，复杂分子存在于星际介质中。以前的研究人员在实验室中模拟了星际介质条件并产生了相同的复杂分子。但是这种类型的研究是有限度的。到目前为止，只有相对较小的具有生物学意义的分子，在实验室被证明，可以在典型的空间条件下形成。

]德国科学家这项研究的重点是存在于巨型分子云中的尘埃颗粒——特别是碳或硅酸盐原子——的冰冷表面。这些巨型分子云当中的绝大部分物质是氢和氦，但是在其余质量当中，有一半是这些碳和硅酸盐原子。 碳原子和硅酸盐原子聚集在一起，形成直径不到百万分之一米的聚集体。它们在巨型分子云内的位置至关重要，因为恒星，以及行星，都是由巨型分子云中的材料形成的。这是肽与地球或其他地方生命之间潜在联系的开始。

这项工作不同于以前产生具有重要生物学意义的小分子的工作。肽是氨基酸链，因此它们比以前产生的甲醛等物质要大。这项新研究的重点是碳和硅酸盐原子团的冰层。这些层提供了一个天然实验室，材料附着在冰上并相互紧密接触。这种接近允许化学反应形成更复杂的分子。

该论文的作者写道：“我们通过实验证明碳原子在冷固体颗粒（宇宙尘埃）表面的凝聚导致形成异构的聚甘氨酸单体（氨基烯酮分子）。在氨基烯酮分子相遇后，它们聚合产生不同长度的肽。”

这一发现在很大程度上取决于主要作者克拉斯诺库茨基的科学努力。克拉斯诺库茨基开发了一种生产冷碳原子的方法并申请了专利，该方法可以在实验室复制太空条件。世界各地的实验室现在都使用这种方法。

2020 年，克拉斯诺库茨基发表的研究结果表明，最简单的氨基酸——甘氨酸可以在冷碳原子的帮助下在尘埃颗粒表面形成。他证明，这些化学反应不需要紫外光子作为能源。

克拉斯诺库茨基说：“即使在最低温度下，单个碳原子也具有惊人的反应性。它们充当‘分子胶’，将分子连接在一起，将无机物质转化为有机物质。”

那么接下来要考虑的问题是：像甘氨酸这样的简单氨基酸，能否在太空中形成更长的肽链或蛋白质链？

找出答案的唯一方法是设计和进行正确的实验。研究小组需要复制太空中冷碳原子的关键条件。他们使用了以前在耶拿大学 MPIA 实验室天体物理学组开发的方法。该方法利用超高真空室，产生了星际介质的分子云中那样的真空。

在超高真空室内部，研究人员模拟了冰冷尘埃颗粒的表面，并将原子和分子沉积在它们的表面上。他们发现在寒冷的表面上形成了氨基烯酮。氨基烯酮是甘氨酸的前体，甘氨酸是最简单的氨基酸。他们还发现了肽带的证据，这是一种将氨基酸在肽短链以及较长蛋白质链中结合在一起的化学键。

只有当研究小组将他们的样本加热到高于分子云内部的温度时，这些肽带才会出现。因此，它们可能在新恒星形成时自然发生，或者当尘埃颗粒沉积在恒星宜居带的行星表面时产生。研究者说：“形成氨基烯酮的低温化学反应和让氨基烯酮分子结合形成肽的升温过程，二者一起可以在星际尘埃颗粒上产生肽。”

该团队发现了一种形成肽的新途径。而且它比其他途径需要更少的能量，这意味着它可以在寒冷的外太空自然发生。此外，它还需要碳原子、一氧化碳和氨，它们是星际介质中最丰富的分子种类。

碳是这一切的中心，就像它在所有生命中一样。“单个碳原子引发了丰富多样的化学反应。即使在外太空发现的条件下，这种化学作用也比以前认为的更接近产生生命出现所需要的物质，”克拉斯诺库茨基说。

科学家们发现，生命的成分比他们想象的要广泛得多。通过这项研究，我们发现其中一些成分可以在一个不太可能的地方结合成生物构件，即便是在星际介质分子云内的冰冻真空中。当条件变暖时，这些构建块的复杂性会增加。

这些结果强化了分子胚种论的观点。这个理论表明，虽然生命很罕见，但构成要素却很普遍。这些构建块可能已经传播到每个行星和卫星，尽管在大多数世界上不可能存在生命。如果这是真的，那么整个宇宙中的众多卫星和行星上可能已经出现了生命。

但研究表明，许多世界虽然可能经历了一段宜居期，但从未长期保持宜居性。这意味着地球仍然是稀有的，甚至可能是独一无二的。

巨大行星质量是木星九倍，仍在“孕育”阶段，颠覆我们对行星认知

4月4日发表的一项研究发现，科学家们观察到一颗质量约为木星九倍的巨大行星，正处于形成的早期阶段。它正处于有史以来观察到的气态巨行星形成的最早阶段——这一发现挑战了目前对行星形成的理解。

研究人员使用位于夏威夷一座非活动火山山顶附近的斯巴鲁望远镜，和轨道哈勃太空望远镜，来探测和研究这颗名为AB Aurigae b的行星。

AB Aurigae b是一颗气体巨星，其轨道距离其年轻的主恒星非常远。气态巨行星与我们太阳系中最大的行星木星和土星一样，主要由氢和氦组成，在较小的固体核心周围有旋转的气体。

（围绕AB Aurigae恒星的圆盘，在那里发现了行星诞生的迹象。）

“我们认为它的‘诞生’过程还很早，”斯巴鲁望远镜和Nasa艾姆斯研究中心的天体物理学家塞恩·库里说，他是这项研究的主要作者，该研究于4日发表在《自然天文学》杂志上。

“有证据表明，这是迄今为止观察到的气态巨行星形成的最早阶段。”库里说。

它被嵌入一个膨胀的气体和尘埃盘中，其中含有形成行星的物质，并围绕着一颗名为AB Aurigae的恒星。它距离地球508光年。

大约5000颗太阳系外行星已经被确认，这是最大的一个。它正接近被归类为行星的最大尺寸，而不是介于行星和恒星之间的褐矮星。

AB Aurigae b被落在里面的气体和灰尘加热。在形成过程中的行星——称为原行星，只有在另一颗恒星周围才能被观察到。

（AB Aurigae b的艺术构想图。）

几乎所有已知的系外行星都有围绕恒星的轨道，就像我们的太阳和它最遥远的行星海王星一样。但AB Aurigae b的轨道距离它围绕的恒星，是海王星距离太阳的三倍，是地球距离太阳的93倍。它的诞生似乎遵循了一个与标准行星形成模型不同的过程。

天文学家兼研究合著者、亚利桑那大学的盖恩说：“传统的想法是，大多数（如果不是全部的话）行星是由固体慢慢地堆积到岩心上而形成的，而气体巨星在固体核足够大以开始吸气之前，就经历了这个阶段。”

在这种情况下，嵌入年轻恒星周围圆盘中的原行星逐渐从尘埃中长大，变成巨石大小的固体物体，如果这个核心达到地球质量的几倍，则开始从圆盘中积累气体。

盖恩说：“这个过程不能在大的轨道距离上形成巨大的行星，因此这一发现挑战了我们对行星形成的理解。”研究人员认为AB Aurigae b是在这样一种情况下形成的，即恒星周围的圆盘冷却，重力使其分裂成一个或多个大团块，形成行星。

“煮鸡蛋的方法不止一种，”库里说。“显然，形成类似木星的行星可能不止一种方法。”它大约有200万岁——按照恒星的标准来看是一个婴儿——而我们的中年太阳大约有45亿岁。太阳在生命早期也被一个圆盘所包围，由此产生了地球和其他行星。

“新的天文观测不断挑战我们现有的理论，最终提高了我们对宇宙的理解，”盖恩说。“行星的形成非常复杂和混乱，前方还有许多惊喜。”

（通讯员昕奕）