哈勃的重大发现：水蒸气信号

2019年9月，一个由伦敦大学学院领导的国际天文学家团队在《自然·天文学》杂志上发表了一篇震撼学术界的论文：通过分析哈勃太空望远镜的观测数据，他们在K2-18b的大气中发现了水蒸气存在的确凿证据。这是人类首次在一颗位于宜居带的系外行星大气中探测到水。

哈勃的独门绝技

哈勃太空望远镜自1990年发射以来，已经服役近30年。虽然它并非专门设计用于系外行星研究，但它配备的第三代广域相机（WFC3）拥有独特的能力——其红外光谱仪可以捕捉系外行星凌星时恒星光线穿过行星大气层的信号。

当行星从恒星前面经过时，一部分恒星光线会穿过行星的高层大气，然后到达地球。大气中的分子会吸收特定波长的光，在光谱中留下"指纹"。科学家通过分析这些指纹——即透射光谱——来推断大气的化学成分。水分子在约1.4微米附近有强烈的吸收特征，这恰好落在哈勃WFC3的观测范围之内。

挑战与突破

对K2-18b进行大气观测并非易事。虽然它的母星K2-18在红矮星中相对明亮，但从124光年外捕捉如此微弱的信号仍然极具挑战性。研究团队使用了哈勃WFC3在2016年和2017年进行的八次凌星观测，累计观测时间超过数十小时。

将八次凌星的数据叠加起来后，团队获得了足够信噪比的光谱。分析结果显示，在1.15至1.65微米的波段范围内，K2-18b的光谱中有明显的水吸收特征。通过对这些数据进行大气模型拟合，模型中包含水蒸气的方案比无水的方案拟合效果好许多倍。

科学意义

这一发现的重要意义在于：K2-18b是已知的第一颗在宜居带内、具有水大气且能够被详细研究的系外行星。虽然此前在其他更大的行星（如热木星）大气中也曾探测到水，但K2-18b的大小（2.6倍地球半径）和质量（8.6倍地球质量）更为接近地球，且位于宜居带。

哈勃的发现还表明，K2-18b的云层可能较低或存在云层破洞，让来自深层大气的信号能够透过上层大气被探测到。这是一个令人鼓舞的迹象——JWST可以从更深的层面分析K2-18b的大气成分，寻找更复杂的分子。

2019年的这项研究不仅确认了K2-18b大气中的水蒸气，更为后续的韦伯望远镜观测铺平了道路。它证明了对红矮星周围的温和系外行星进行大气特征分析是完全可行的，开启了一个系外行星大气科学的新纪元。