在科学家们对宇宙生命可能性的探索中，一项新的研究将焦点投向了一种被称为“氢海”（Hycean）的行星类型，这类行星即使位于传统宜居带之外，仍可能存在生命的温床。天文学家最近发现的TOI-270d便是这样一个引人注目的候选者。
"Hycean"一词巧妙地融合了"氢"和"海洋"的概念，描述的是表面拥有广阔海洋且被厚重富氢大气层包裹的行星。这类行星在红矮星周围可能是普遍存在的，并可能具备适宜居住条件，尽管其上的任何生命形态都会是水生生物。由于富含水分，氢海行星的体积通常大于同类无水行星，这一特性使其成为詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）进行大气研究的理想目标。尽管目前对氢海世界的认识尚处于理论阶段，但JWST的启用无疑预示着行星科学即将步入一个新时代，有望证实这些奇特行星的真实存在。
近日，《天文学与天体物理学》杂志发表的一篇题为《次海王星TOI-270d可能存在氢海环境》的论文，由剑桥大学天文研究所的马恩斯·霍姆伯格与尼库·马杜苏丹共同撰写，为TOI-270d作为氢海世界的可能性提供了有力证据。借助JWST强大的透射光谱学能力，科研人员能观察星光穿过行星大气层的过程，进而揭示关键化学物质乃至潜在生物特征的存在。TOI-270d所在的TOI-270系统距离地球约73光年，其中心是一颗相对宁静的M矮星（红矮星），通常会排除附近行星的宜居性。然而，在该系统内，TOI-270d是最外侧行星之一，且被认为是最具潜力的氢海世界候选者。它的质量约为4.2个地球质量，半径大约为2.1个地球半径，仅需11个地球日就能完成一次轨道运行，这极大地便利了对其大气的研究。哈勃太空望远镜近期观测显示，TOI-270d的大气层富含氢气，并有水存在的迹象，这也激发了科学家们利用更先进的JWST进一步深入探测。
虽然尚未证实氢海世界的实际存在，但科学家已对这类行星的大气化学成分有了基本理解。在具有浓厚氢气及海洋覆盖的行星上，预期会出现强烈的CH4（甲烷）和CO2特征，而NH3（氨）则不明显。这种预测已在K2-18b上得到初步验证，尽管其是否属于氢海世界仍有待确定。通过JWST对TOI-270d进行详细光谱分析，科学家旨在寻找这些关键的碳、氮、氧分子以评估其是否符合氢海世界的特征。
在2023年10月，JWST捕捉到了TOI-270b和d的两次凌日现象，共计5.3小时的宝贵曝光时间，使得对这两颗行星进行透射光谱分析成为可能。观测结果显示，TOI-270d确实具有富含H2的大气层，并对主要CNO分子的丰度提供了深刻见解，这些结果与之前在K2-18b上的发现相似。
值得注意的是，尽管水的检测结果并不明确，但研究人员在TOI-270d大气中发现了CS2（二硫化碳），这是一种在氢海世界大气中可作为潜在生物标志物的化合物，尽管火山活动或光化学反应也可能为其来源。此外，乙烷（C2H6）的痕迹也出现在大气光谱中，它可能是涉及甲烷和其他气体（包括生物气体）光化学反应的副产品，暗示着甲烷的存在。然而，这两种分子的实际存在性和丰度水平还需更多观测数据来严格限制。
综合现有证据，研究人员得出结论：TOI-270d是一个极具潜力的氢海世界候选者。尽管早期的哈勃空间望远镜观测已经提示其大气中富含H2和H2O，但JWST的观测提供了更深层次的认识，尤其是对于CH4和CO2的探测以及对NH3的未检测，使TOI-270d成为更具说服力的氢海世界候选者。
最后，总结道：“TOI-270d以其富含氢气大气层下可能存在宜居海洋的特质，脱颖而出，成为一颗备受期待的氢海行星候选者。”随着未来更多的观测和研究，我们或许将在这些遥远的星球上揭开生命之谜的新篇章。敬请关注“知新了了”，一同追踪这一激动人心的科学前沿进展。
