随着天文学家不断发现越来越多的系外行星，我们的太阳系——内侧是微小的岩石行星，外侧是气态巨行星——看起来越来越像一个“怪胎”。
当 astronomer 观察遥远太阳系中靠近恒星的行星时，他们很少看到金星或地球的迹象。相反，常见的内行星似乎介于岩石矮星和气态巨行星之间。研究人员将这些普遍存在的行星称为“迷你海王星”，并假设它们是我们太阳系冰巨行星的缩小版。
由于没有本地样本可供研究，迷你海王星的性质仍然是个谜。但它们浓厚的大气层会产生巨大的压力，许多研究人员因此认为这些行星只不过是贫瘠的氢气和氦气球。
现在，一个系外行星研究团队提出，至少一些迷你海王星可能完全不像海王星。经过广泛建模，他们发现这些行星大气层的压力足以让温度适宜但不会烫伤的海洋存在数十亿年。考虑到这种可能性，该团队得出结论，这种普遍存在的内行星类型可能孕育着外星微生物，并且这些星球上的任何生命形式都会改变它们的大气层，而天文学家很快就能轻松探测到这些变化。
“（这个结果）极大地扩展了我们发现生命的几率，”剑桥大学天文学家、这项新研究的首席作者 Nikku Madhusudhan 说。
揭秘迷你海王星
天文学家可以通过行星影响其宿主恒星的方式来推断系外行星的质量和大小，从而大致了解行星主要是岩石还是气体。但当涉及到确定行星固体核心和大气层之间细节时，研究人员基本上是盲目的。
然而，在 2019 年，一个团队使用哈勃太空望远镜瞥见了其中一颗迷你海王星 K2-18b 的大气层。他们发现了水蒸气和云的证据，这促使 Madhusudhan 和一些同事根据新的大气条件信息计算出可能存在哪些类型的内部结构。
去年，他们宣布 K2-18b 的一些可能版本可能拥有遍布行星的海洋，尽管该星球温度高、压力大且体积巨大，但至少一些地球生命可以在这些海洋中生存。“我们首次证明，行星可以比地球大得多，但仍然拥有宜居的条件，”Madhusudhan 说。
一个全新的世界
许多研究人员最大的愿望是找到一个完美的地球孪生星球，拥有相同的质量、大小和轨道——离恒星足够近，水不会蒸发，但又不会近到沸腾。但在意识到 K2-18b（拥有八倍地球质量，体积约为地球的 17 倍）可能充满水之后，Madhusudhan 思考这个领域是否应该更广泛地思考。地球类行星可能非常适合最终发明望远镜和互联网的复杂生物，但对于在温泉和深海喷口中茁壮成长的简单细菌来说，这有点“杀鸡用牛刀”。
“我们不要假设（条件）对人类来说是舒适的，”他说。
放弃传统的假设，让研究人员能够识别出一类被称为宜居行星的迷你海王星。他们发现，适当浓厚且富含氢气的大气层可以起到高压锅盖的作用，即使在行星靠近宿主恒星所承受的高温下，也能让广阔的海洋持续存在。研究人员将这一类新行星命名为“Hycean”世界（发音为 HI-shun），是“hydrogen”（氢）和“ocean”（海洋）的组合词。
研究人员描述了一个典型的 Hycean 行星以及两个符合其宜居定义（温度低于约 250 华氏度，压力低于地球大气压的 1000 倍）的变体。
教科书式的 Hycean 世界将是全海洋无大陆，持久的雾气从其蒸汽弥漫的海洋中升起。“暗 Hycean”行星是指潮汐力已调整其自转，使其一面永久面向其恒星，就像我们月球的同一面总是面向地球一样。白天的一侧会炙烤，而夜晚的一侧会相对凉爽。最后，“冷 Hycean”世界的氢大气层可以捕获足够的热量，使行星即使在远离宿主恒星的温暖时，也能保持海洋不结冰。
这三个 Hycean 世界拓展了可能被认为是宜居的行星范围，延续了系外行星科学近期的发展趋势，研究人员正在寻求更复杂的宜居性定义。
蒙特利尔大学的天文学家 Björn Benneke 说：“我们有‘寻找完全复制的地球 2.0’的想法”。他没有参与这项研究。但“也许有其他方法可以找到其他生命，而不仅仅是恐龙在表面爬行。”
从候选者到确认
与天体生物学这个不可避免地充满推测的领域中的许多提案不同，Hycean 假说可以被直接测试，而且很快就可以。
迷你海王星遍布银河系。虽然其中许多不具备形成和维持深海所需的压力和温度，但它们的数量之多几乎可以保证其中一些会符合条件。
“即使其中五分之一符合这个要求，” Benneke 说，他曾帮助发现 K2-18b 大气中的水蒸气，“那仍然是很多行星。”
Hycean 候选者非常普遍，以至于天文学家甚至可以挑剔，专注于拥有最理想观测条件的行星。在他们昨天发表于《天体物理学杂志》的论文中，Madhusudhan 及其合作者确定了十一个主要目标。
Hycean 世界也拥有天文学家梦寐以求的大气层。研究人员通过观察行星在其宿主恒星前经过，并查看大气层阻挡和允许通过哪些波长的光来了解大气层中的成分。
类地大气由氧气和氮气等重分子组成，这些分子会附着在行星上，使大气层极其稀薄且难以观测。但 Hycean 行星被轻质的氢气和氦气分子包围，因此其大气层比地球的大气层膨胀数十倍。Madhusudhan 的团队计算出，在这样显著的大气层中，天文学家应该可以使用即将投入使用的詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 来轻松探测到一些几乎仅由地球生物产生的化学物质。
[相关：地球上一些最小的生命体可以在火星上生存]
只待发现
如果 JWST 在今年秋天顺利发射，最早可能在明年就可以进行首次观测，寻找 K2-18b 大气层中的生命迹象。Madhusudhan 估计，如果存在，这款崭新的太空望远镜只需 20 小时的观测就能发现其中一种提出的“生物信号”。他是已获得批准在 JWST 首个运行周期中运行此类计划的调查员之一。
一次探测并不能保证 K2-18b 上充满了外星细菌，但它会激励其他天文学家寻找更多生物信号来加强证据。
“如果发生这种情况，这将打开闸门，”Madhusudhan 说。“我们可能会在两到三年内探测到生物信号。”
Benneke 也在根据两种不同的推理计划他自己的生命搜寻观测。他打算在 TRAPPIST-1 太阳系中一颗相对类地、岩石行星的大气层中寻找初步的生物信号。他还将研究一颗围绕昏暗恒星运行的迷你海王星，这颗行星可能是一个 Hycean 世界。
“这两种（途径）都有很多令人兴奋的原因，”他说。“这是一个非常激动人心的时代。”
