哈勃和斯皮策发现两颗水星

由蒙特利尔大学研究人员领导的一个小组发现了两个证据太阳系以外的星球围绕红矮星运行的是“水世界”，那里的水占了整个星球的很大一部分。这些世界位于天琴座218光年之外的行星系统中，不同于我们太阳系中发现的任何行星。

该小组由卡罗琳·皮奥莱特……的特罗蒂埃系外行星研究所在蒙特利尔大学，发表了一篇详细研究这个被称为开普勒-138的行星系统自然天文学今天。

在这幅图中，前景是超级地球开普勒-138 d。左边是行星开普勒-138 c，背景中是行星开普勒138 b，它的侧影正穿过它的中央恒星。开普勒138是一颗红矮星，距离我们218光年。大小几乎相同的开普勒-138 c和开普勒-138 d的低密度意味着它们必须主要由水组成。它们的质量都是地球的两倍，但密度大约是地球的一半，因此不可能是固体岩石。这是基于它们的质量与物理直径的测量。它们被认为是一类新的“水行星”，不同于我们太阳系中发现的任何大行星。开普勒-138 b是已知最小的系外行星之一，具有火星的质量和岩石的密度。

鸣谢:美国航天局、欧空局和利亚·胡斯塔克(STScI)

Piaulet和他的同事观察了系外行星开普勒-138 c和开普勒-138 d与美国宇航局的哈勃和退休人员斯皮策太空望远镜，发现行星可能主要由水组成。这两颗行星和更靠近恒星的一颗较小的行星伴星，开普勒-138 b之前已经被美国国家航空航天局的开普勒太空望远镜。新的研究也发现了第四颗行星的证据。

开普勒-138 c和d没有直接探测到水，但通过将行星的大小和质量与模型进行比较，天文学家得出结论，它们体积的很大一部分——多达一半——应该由比岩石轻但比氢或氦重的材料组成(构成了像木星这样的气态巨行星的大部分)。这些候选材料中最常见的是水。

“我们以前认为比地球大一点的行星是由金属和岩石组成的大球，就像放大版的地球，这就是为什么我们称它们为超级地球，”解释道比约恩·本内克研究合著者，蒙特利尔大学天体物理学教授。“然而，我们现在已经表明，开普勒-138 c和d这两颗行星在性质上非常不同，它们整个体积的很大一部分可能由水组成。这是迄今为止水世界的最佳证据，水世界是一种被天文学家认为存在了很长时间的行星。”

这是一幅艺术家的插图，展示了地球(左)和系外行星开普勒-138 d(右)的横截面。像地球一样，这颗系外行星的内部由金属和岩石组成(棕色部分)，但开普勒-138 d也有一层厚厚的各种形式的高压水:行星深处的超临界水和潜在的液态水，以及其上延伸的水蒸气包层(蓝色阴影)。这些水层占其体积的50%以上，或约1243英里(2000公里)的深度。相比之下，地球上液态水的比例可以忽略不计，平均海洋深度不到2.5英里(4公里)。

学分:Benoit Gougeon(蒙特利尔大学)

行星c和d的体积是地球的三倍多，质量是地球的两倍，密度比地球低得多。这是令人惊讶的，因为迄今为止已经被详细研究过的大多数比地球稍大的行星似乎都是像我们地球一样的岩石世界。研究人员说，最接近的比较将是外太阳系中的一些冰卫星，它们也主要由围绕岩石核心的水组成。

“想象一下更大版本的欧罗巴或者土卫二富含水的卫星围绕着木星和土星“但是离他们的明星更近了，”皮奥莱特解释说它们不会有冰冷的表面，而是隐藏着巨大的水蒸气包层。"

研究人员警告说，行星表面可能没有像地球上那样的海洋。“开普勒-138 d大气中的温度很可能高于水的沸点，我们预计这颗行星上会有一个由蒸汽构成的厚厚的致密大气。只有在这种蒸汽氛围下，才有可能存在高压液态水，甚至是高压下出现的另一种状态的水，这种状态被称为超临界流体，”Piaulet说。

2014年，美国宇航局开普勒太空望远镜的数据允许天文学家宣布探测到三颗围绕开普勒-138运行的行星。这是基于当行星短暂地从他们的恒星前面经过时，星光的可测量的下降。

本内克和他的同事戴安娜·德拉戈米尔，从新墨西哥大学，想出了这个主意重新观察该行星系统在2014年至2016年期间使用哈勃和斯皮策太空望远镜捕捉更多该系统中第三颗行星开普勒-138 d的凌日，以研究其大气层。

系统中一颗新的系外行星

开普勒-138 c和d这两个可能的水世界并不位于可居住区，即恒星周围的温度允许液态水存在于岩石行星表面的区域。但是在哈勃和斯皮策的数据中，研究人员额外发现了该系统中一颗新行星的证据，开普勒-138 e，位于可居住区。

这颗新发现的行星比其他三颗小，离它的恒星更远，完成一个轨道需要38天。然而，这颗额外行星的性质仍然是一个悬而未决的问题，因为它似乎没有穿过它的主星。观测这颗系外行星的凌日可以让天文学家确定它的大小。

随着开普勒-138 e现在出现在图片中，先前已知行星的质量通过凌日时间变化方法再次进行了测量，该方法包括跟踪由其他附近行星的引力引起的行星凌日在其恒星前面的精确时刻的微小变化。

研究人员还有另一个惊喜:他们发现两个水世界Kepler-138 c和d是“孪生”行星，大小和质量几乎相同，而之前人们认为它们截然不同。另一方面，距离较近的行星开普勒-138 b被证实是一颗火星质量的小行星，是迄今为止已知最小的系外行星之一。

“随着我们的仪器和技术变得足够敏感，能够发现和研究距离恒星更远的行星，我们可能会开始发现更多的水世界，”本内克总结道。

利用美国宇航局的哈勃和斯皮策太空望远镜的数据，天文学家发现了证据，表明围绕一颗218光年远的恒星运行的两颗系外行星是“水世界”，水占整个星球的很大一部分。