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K2-18b

K2-18b，也称为EPIC 201912552 b，是围绕红矮星K2-18运行的一颗系外行星，距离地球124光年（38秒差距）[4][5]。这颗行星最初是用开普勒太空望远镜发现的，质量大约是地球的八倍，因此被归类为超级地球或迷你海王星，也可以被认为是海行星[6]，它在恒星的适居带内，轨道周期约为33天。

K2-18b
艺术家对绕红矮星K2-18（左）运行的系外行星K2-18b（右）的想像。显示在它们之间的是另一颗系外行星K2-18c。
发现[1]
发现地开普勒太空望远镜
发现日期2015年
凌日法
轨道参数[2]
半长轴0.1429+0.0060
−0.0065 au
21,380,000千米
离心率0.20±0.08
轨道周期32.939623+0.000095
−0.000100 d
轨道倾角89.5785°+0.0079°
−0.0088°
近astron参数−0.10+0.81
−0.59 rad (−5.73+46.4
−33.8 °)
半振幅3.55+0.57
−0.58 m/s
物理特征
平均半径2.610±0.087 R⊕[3]
质量8.63±1.35 M⊕[4]
平均密度2.67 g/cm3
表面重力≤1.66 g
温度265正负5 K（−8正负5 °C）[4]

2019年9月，两项独立的研究，结合了开普勒太空望远镜、史匹哲太空望远镜和哈伯太空望远镜的数据，得出其大气中存在大量水蒸气的结论，这是在适居带内系外行星第一次的发现[7][8][9]。

发现

K2-18b是在第二阶段（K2）任务期间，发现并被确认的1,200多颗系外行星之一[10]。K2-18b是在2015年发现的，它围绕着一颗距离地球大约124光年（38秒差距），其恒星光谱类型为M2.8的 红矮星（现在称为K2-18）运行。这颗行星是通过恒星光度曲线的变化检测出来的，这些变化是由从地球看到的凌星现象，即行星从恒星前面经过引起的光度衰减。[1][11]。因为它是在K2任务期间发现的第十八颗行星，所以这颗行星被命名为"K2-18b"。预测这颗行星与其主星之间相对较低的对比度，将使未来更容易观察到K2-18b的大气层[1]。

在2017年，来自史匹哲太空望远镜的数据证实，K2-18b在K2-18周围的适居带轨道上，周期为33天，短到足以观测多个K2-18b的轨道周期，并提高信号的统计意义。这导致了持续对K2-18b观测的广泛兴趣[12]。

后来使用高精度径向速度行星搜索器（HARPS）和的卡拉阿托近红外和光学高分辨率Echelle光谱仪搜索带有系外地球（Exoearth）的M矮星（CARMENES）进行观测，还发现了可能的第二颗系外行星K2-18c，估计质量为5.62±0.84 M⊕，并在更紧密的周期仅9天轨道上，[4]，但是这颗额外的行星尚未得到证实，而可能只是由于恒星活动造成的假象[2]。

位置

K2-18在狮子座，但在狮子造型的星群之外[13]。当首次被发现时，K2-18与地球的距离估计为110光年（34秒差距）[1]。然而，来自盖亚任务数据更精确的星图工程（star mapping project）显示K2-18的距离为124.02正负0.26光年（38.025正负0.079秒差距）。这种距离测量的改进有助于更进一步了解系外行星系统的性质[4]

物理特性

K2-18b的绕行K2-18的轨道距离大约是0.1429 AU（21.38 × 106 km），它位于这颗红矮星计算的适居区内0.12—0.25 AU（18—37 × 106 km）[9]。这颗系外行星的轨道周期约为33天[12]，这表明它是潮汐锁定，永远以相同的一面朝向主星[14]。由于其恒星辐照度（英语：Solar irradiance）约为地球的94%[12]，估计这颗行星的平衡温度在265正负5 K（−8正负5 °C；17正负9 °F）[4]。基于使用HARPS和CARMENES仪器的分析以及史匹哲太空望远镜的后续观察[4][12]，K2-18b的半径估计为2.279±0.025 R⊕，质量为8.63±1.35 M⊕。最初，在2015年发现时，它被认为是迷你海王星[1]，但改进的数据已将K2-18b归类为超级地球[12]。在2019年之后的一项研究，将这颗行星归类为次海王星[15][3]。

  • 艺术家对K2-18星系统的印象
  •  
    K2-18行星系统图，显示了K2-18b和未经证实的候选者K2-18c的轨道，以及恒星的适居带

行星大气层

将K2-18b的大小、轨道和其它特征与其它被探测到的系外行星进行比较表明，该行星除了可以支持氢和氦之外，大气层还含有其它的气体[16]。

外部视频链接
  哈伯望远镜揭示在K2-18b上发现的水蒸气
（视频/1:19；2019年9月11日）
  浅谈K2-18b上水蒸气的发现
戈达德太空飞行中心（video/2:03；2019年9月11日）

使用哈伯太空望远镜进行了进一步的研究，证实了“开普勒”和“史匹哲”观测的结果，并允许对行星大气层进行额外量测。蒙特利尔大学和伦敦大学学院（UCL）的研究人员，于2019年各自发表对哈伯数据独立的分析。两者都研究了在凌日期间穿过行星大气层的星光光谱，发现K2-18b的氢-氦大气中含有高浓度的水蒸气，其范围可能介于0.01%至12.5%之间，最高可达20%至50%，具体取决于大气中存在的其他气体种类。在较高的浓度水准下，水蒸气量高到足够形成云[8][9][17]。伦敦大学学院领导的研究于2019年9月11日发表在“自然天文学”杂志上；由蒙特利尔大学领导的这项研究提前一天发布在预印本服务器arXiv.org上，后来发表在“天文物理期刊函件”上[14]。UCL领导的分析检测到水的统计显著性为3.6标准偏差，相当于可信度为99.97%[9]

 
维基新闻中的相关报导：Astronomers find water vapour in atmosphere of exoplanet K2-18b

这是在恒星适居区内探测到大气层的第一颗超级地球系外行星[9]，以及在适居区系外行星中首次发现水[7][8]。以前只曾在非适居区的系外行星大气层中检测到水，如HD 209458 b、XO-1b、WASP-12b、WASP-17b和WASP-19b[18][19][20]。

天文学家强调，在K2-18b的大气层中发现水并不意味着这颗行星可以维持生命，甚至可以居住，因为它可能缺乏任何固体表面或可以支撑生命的大气层[7]。然而，在适居的系外行星中发现水有助于理解行星是如何形成的[7]。由剑桥大学的天文学家领导的一项研究，考虑了该行星的内部结构，并发现了一系列可能的解决方案，从一个有厚厚氢包层的岩石核心到一个主要由水和较薄大气组成的行星。尽管温度和压力高于STP，这些解决方案的一个子集可以在地球表面形成液态水[21]。预计K2-18b现在将由2021发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜和定于2029年发射的ARIEL太空望远镜进行观测。这两个卫星都将携带旨在确定系外行星大气（英语：Extraterrestrial atmosphere）组成的仪器[8]。

2020年行星光谱的详细模拟表明，以前归因于水的1.4μm吸收带实际上可能是由于甲烷。对于较冷（低于600K）的行星，水蒸气光谱特征不会占主导地位[22][23]。在2021年，进一步认为，所谓的水吸收光谱特征可能来自母恒星的时变星斑，而不是行星大气[24]。

相关条目

参考资料

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