天文學家在宜居帶岩質系外行星 LHS 1140 b 的凌星光譜中驗出正在逃逸的氦，為這顆約 48 光年外的超級地球保有大氣提供首個清晰證據。訊號只在 2024 年觀測中出現，研究目前只約束到上層大氣，仍未知道下層大氣是否含水、二氧化碳或其他與宜居性有關的成分。
文章重點
- 研究團隊在 LHS 1140 b 的 2024 年近紅外凌星光譜中，於約 10,833 埃位置驗出亞穩態氦三重線；主要混合譜線的額外吸收深度為 1.24%（+0.22／−0.23 個百分點）。
- 氦訊號在凌星前已開始出現，符合有氣體沿軌道延伸至行星前方的情況；凌星後尾流的證據較弱。
- 同一方法在 2025 年沒有再驗出氦，該次觀測對吸收深度約 0.6% 以下的訊號並不敏感，因此結果支持逃逸量可變，而不是證明大氣已消失。
- 模型把訊號解讀為受恆星 X 射線及極紫外線加熱的外流；上層大氣可能富氦、缺氫，但下層大氣仍可含較重的碳、氮、氧化合物。
- 這項發現沒有驗出生物特徵，也沒有確認液態水；宜居帶只描述行星接收能量的範圍，真正表面環境仍取決於未知的大氣成分與氣候。
距離太陽 14.96 秒差距、約 48.8 光年的 LHS 1140 b，終於讓天文學家看見大氣正在流失的痕跡。Collin Cherubim 領導的團隊在 Science 發表研究，報告於這顆宜居帶岩質系外行星的凌星光譜中驗出亞穩態氦。這是首次在另一顆恆星宜居帶內的岩質行星上清楚展示大氣存在；訊號來自稀薄的上層大氣，不是行星表面的直接影像。
2024 年的氦吸收，如何從星光中浮現？
LHS 1140 b 的質量為地球的 5.60 ± 0.19 倍、半徑為 1.730 ± 0.025 倍，每 24.7 日繞一顆低質量紅矮星一周。它接收的恆星輻照量約為地球的 42%，零反照率假設下的平衡溫度為 226 ± 4 K。2024 年 9 月 23 日，團隊使用智利拉斯坎帕納斯天文台 6.5 米 Magellan Clay 望遠鏡上的 WINERED 高解像度近紅外光譜儀，連續觀測 6.5 小時並取得 70 組光譜，覆蓋 LHS 1140 c 與 b 相隔 39 分鐘的兩次凌星。
當 LHS 1140 b 經過母恆星前方，部分星光穿過它的上層大氣。研究在真空波長 10,832.057、10,833.217 及 10,833.306 埃的亞穩態氦三重線位置找到額外吸收；後兩條混合譜線的吸收深度為 1.24%（+0.22／−0.23 個百分點），相當於一層不透明大氣延伸至行星半徑的 1.52 倍。訊號在正式凌星前逐漸出現，與氦氣沿軌道方向在行星前方形成尾流相符；凌星後的尾流則只屬較初步證據。
團隊逐一檢查母恆星本身的氦線變化、地球大氣吸收與夜空 OH 發射等替代解釋，並用另一套獨立流程重新處理 2024 與 2025 年資料，結果仍只在 2024 年看到同一訊號。2025 年 9 月 29 日的凌星觀測未再驗出氦，但注入與回收測試顯示，吸收深度不高於約 0.6% 時本來就難以辨認。這次未偵測因此可由恆星 XUV 輻射、外流溫度或恆星風變化造成，尚不能用來判定大氣在一年間消失。
看見逃逸的氦，不等於量到整層大氣
研究把 2024 年訊號解讀為受母恆星 X 射線與極紫外線加熱的流體動力外流。p-winds 模型顯示，上層外流的氫對氦原子數比可能只有約 10⁻³；若氫多得多，它會先吸收能產生亞穩態氦的高能輻射，反而難以形成觀測到的訊號。換言之，資料支持上層大氣富氦、缺氫，但這是模型對稀薄高空區域的推斷，不是對地面附近空氣的完整化驗。
模型推算的氦逃逸率不足以把原子質量達 9 以上的物種一併帶走，所以碳、氮、氧等較重元素可在較低高度逐漸富集。行星的低溫亦可能把水困在對流層頂以下，令水蒸氣難以抵達上層大氣。這些結果容許 LHS 1140 b 下方另有較重的大氣或大量水，卻仍未直接驗出氮氣、水蒸氣、二氧化碳或氧氣。
宜居潛力仍待更多觀測
LHS 1140 b 位於宜居帶、具有岩質主體並保有大氣，三項條件令它成為研究溫和系外世界的重要目標；它們仍不足以證明行星適合生命。現有觀測沒有找到生命跡象，也沒有確認表面存在液態水。行星的平衡溫度只計算吸收與放出的能量，實際表面溫度、日夜分布與水能否保持液態，還會受大氣厚度、溫室氣體、雲層及熱量輸送影響。
下一步需要在更多次凌星中追蹤氦訊號是否隨母恆星活動改變，並用詹姆斯・韋伯太空望遠鏡等設備尋找較低大氣中的水、二氧化碳及其他分子。這次突破把問題由「這顆行星有沒有大氣」推進到「上層逃逸與下層氣候如何連在一起」；只有後者獲得足夠約束後，科學家才能更可靠地判斷這個 48 光年外世界的宜居潛力。