天文学家在宜居带岩质系外行星 LHS 1140 b 的凌星光谱中检测到正在逃逸的氦，为这颗约 48 光年外的超级地球保有大气提供了首个清晰证据。信号只在 2024 年观测中出现，研究目前只约束到上层大气，仍不清楚下层大气是否含水、二氧化碳或其他与宜居性有关的成分。
文章重点
- 研究团队在 LHS 1140 b 的 2024 年近红外凌星光谱中，于约 10,833 埃位置检测到亚稳态氦三重线；主要混合谱线的额外吸收深度为 1.24%（+0.22／−0.23 个百分点）。
- 氦信号在凌星前已经开始出现，符合气体沿轨道延伸至行星前方的情况；凌星后尾流的证据较弱。
- 同一方法在 2025 年没有再次检测到氦。该次观测对吸收深度约 0.6% 以下的信号并不敏感，因此结果支持逃逸量可变，而不是证明大气已经消失。
- 模型把信号解释为受恒星 X 射线和极紫外线加热的外流；上层大气可能富氦、缺氢，但下层大气仍可含较重的碳、氮、氧化合物。
- 这项发现没有检测到生物特征，也没有确认液态水；宜居带只描述行星接收能量的范围，实际表面环境仍取决于未知的大气成分和气候。
距离太阳 14.96 秒差距、约 48.8 光年的 LHS 1140 b，终于让天文学家看到了大气正在流失的痕迹。Collin Cherubim 领导的团队在 Science 发表研究，报告在这颗宜居带岩质系外行星的凌星光谱中检测到亚稳态氦。这是首次在另一颗恒星宜居带内的岩质行星上清楚展示大气存在；信号来自稀薄的上层大气，并不是行星表面的直接图像。
2024 年的氦吸收，如何从星光中显现？
LHS 1140 b 的质量为地球的 5.60 ± 0.19 倍、半径为 1.730 ± 0.025 倍，每 24.7 天绕一颗低质量红矮星一周。它接收的恒星辐照量约为地球的 42%，零反照率假设下的平衡温度为 226 ± 4 K。2024 年 9 月 23 日，团队使用智利拉斯坎帕纳斯天文台 6.5 米 Magellan Clay 望远镜上的 WINERED 高分辨率近红外光谱仪，连续观测 6.5 小时并取得 70 组光谱，覆盖 LHS 1140 c 与 b 相隔 39 分钟的两次凌星。
当 LHS 1140 b 经过母恒星前方，部分星光穿过它的上层大气。研究在真空波长 10,832.057、10,833.217 和 10,833.306 埃的亚稳态氦三重线位置找到额外吸收；后两条混合谱线的吸收深度为 1.24%（+0.22／−0.23 个百分点），相当于一层不透明大气延伸至行星半径的 1.52 倍。信号在正式凌星前逐渐出现，与氦气沿轨道方向在行星前方形成尾流相符；凌星后的尾流则只有较初步的证据。
团队逐一检查母恒星自身的氦线变化、地球大气吸收与夜空 OH 发射等替代解释，并用另一套独立流程重新处理 2024 与 2025 年数据，结果仍然只在 2024 年看到同一信号。2025 年 9 月 29 日的凌星观测没有再次检测到氦，但注入与回收测试显示，吸收深度不高于约 0.6% 时原本就难以识别。这次未检测到信号可以由恒星 XUV 辐射、外流温度或恒星风变化造成，尚不能用来判断大气在一年内消失。
看到逃逸的氦，不等于测量了整层大气
研究把 2024 年信号解释为受母恒星 X 射线与极紫外线加热的流体动力外流。p-winds 模型显示，上层外流的氢对氦原子数比可能只有约 10⁻³；如果氢多得多，它会先吸收能产生亚稳态氦的高能辐射，反而难以形成观测到的信号。换言之，数据支持上层大气富氦、缺氢，但这是模型对稀薄高空区域的推断，并不是对地面附近空气的完整化验。
模型估算的氦逃逸率不足以把原子质量达到 9 以上的物种一起带走，所以碳、氮、氧等较重元素可以在较低高度逐渐富集。行星的低温也可能把水困在对流层顶以下，使水蒸气难以到达上层大气。这些结果允许 LHS 1140 b 下方另有较重的大气或大量水，但仍未直接检测到氮气、水蒸气、二氧化碳或氧气。
宜居潜力仍需更多观测
LHS 1140 b 位于宜居带、具有岩质主体并保有大气，这三项条件使它成为研究温和系外世界的重要目标。评估其宜居程度仍需要表面液态水和生命相关信号等后续观测。行星的平衡温度只计算吸收与放出的能量，实际表面温度、昼夜分布以及水能否保持液态，还会受到大气厚度、温室气体、云层和热量输送的影响。
下一步需要在更多次凌星中追踪氦信号是否随母恒星活动改变，并用詹姆斯·韦伯太空望远镜等设备寻找较低大气中的水、二氧化碳及其他分子。这次突破把问题从“这颗行星有没有大气”推进到“上层逃逸与下层气候如何相连”；只有后者得到足够约束后，科学家才能更可靠地判断这个 48 光年外世界的宜居潜力。