宇宙中最常见的恒星是红矮星，这意味着岩石系外行星最有可能围绕这样一颗恒星运行。红矮星很冷，所以一颗行星必须在一个紧密的轨道上拥抱它，以保持足够的温度，从而可能容纳液态水(这意味着它位于宜居带)。这样的恒星也很活跃，尤其是在它们年轻的时候，它们会释放出紫外线和x射线辐射，这些辐射可能会破坏行星的大气层。因此，天文学中一个重要的开放问题是，在如此恶劣的环境下，岩石行星能否维持或重建大气层。
为了回答这个问题，天文学家利用美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜研究了一颗名为GJ 486 b的岩石系外行星。这颗行星离它的恒星太近，不属于宜居带，表面温度约为800华氏度(430摄氏度)。然而，他们使用韦伯近红外光谱仪(NIRSpec)的观察显示出水蒸气的迹象。如果水蒸气与这颗行星有关，那就表明，尽管它的温度很高，而且离恒星很近，但它还是有大气层的。以前曾在气态系外行星上看到过水蒸气，但迄今为止，还没有在岩石系外行星周围明确探测到大气。然而，研究小组警告说，水蒸气可能是在恒星本身上，特别是在凉爽的恒星黑子上，而根本不是来自行星。
“我们看到了一个信号，几乎可以肯定是由水引起的。但我们还不能确定水是否是行星大气层的一部分，这意味着这颗行星有大气层，或者我们只是看到了来自恒星的水特征，”图森亚利桑那大学的萨拉莫兰说，她是这项研究的主要作者。
“热岩行星大气中的水蒸气将代表系外行星科学的重大突破。但我们必须小心，并确保这颗恒星不是罪魁祸首，”马里兰州劳雷尔市约翰霍普金斯大学应用物理实验室的凯文史蒂文森补充说，他是该项目的首席研究员。
GJ 486 b大约比地球大30%，质量是地球的三倍，这意味着它是一个岩石世界，引力比地球强。它绕一颗红矮星运行的时间不到1.5个地球日。预计它将被潮汐锁定，有一个永久的白天和一个永久的黑夜。
GJ 486 b凌日它的恒星，从我们的角度来看，它穿过恒星的前方。如果它有大气层，那么当它经过恒星时，光线就会过滤掉这些气体，在光线中留下指纹，这样天文学家就可以通过一种叫做透射光谱的技术来解码它的成分。
该小组观察了两次凌日现象，每次持续约一个小时。然后，他们使用三种不同的方法来分析结果数据。这三个的结果是一致的，它们显示了一个基本平坦的光谱，在最短的红外波长处有一个有趣的上升。该团队运行了计算机模型，考虑了许多不同的分子，并得出结论，最有可能的信号来源是水蒸气。
虽然水蒸气可能表明GJ 486 b上存在大气层，但同样合理的解释是来自恒星的水蒸气。令人惊讶的是，即使在我们自己的太阳中，水蒸气有时也会存在于太阳黑子中，因为这些黑子与恒星周围的表面相比非常凉爽。GJ 486 b的主星比太阳冷得多，所以更多的水蒸气会集中在它的恒星黑子里。因此，它可以产生一个模拟行星大气的信号。
“我们没有观察到这颗行星在凌日期间穿越任何恒星黑子的证据。但这并不意味着这颗恒星的其他地方没有黑子。密歇根大学安娜堡分校的瑞安·麦克唐纳是该研究的合著者之一，他解释说:“这正是将水信号印记到数据中的物理场景，最终可能看起来像一个行星大气层。”
由于恒星的加热和辐射，水汽大气预计会逐渐被侵蚀。因此，如果存在大气层，它很可能必须通过火山从行星内部喷出蒸汽来不断补充。如果水确实存在于行星的大气中，则需要额外的观测来缩小存在多少水的范围。
未来韦伯的观测可能会让我们对这个星系有更多的了解。一个即将到来的韦伯计划将使用中红外仪器(MIRI)来观测这颗行星的白天。如果这颗行星没有大气层，或者只有稀薄的大气层，那么白天最热的部分就会在恒星的正下方。然而，如果最热的点移动了，那就表明大气可以循环热量。
最终，韦伯的另一种仪器——近红外成像仪和无缝隙光谱仪(NIRISS)——将需要在较短的红外波长下进行观测，以区分行星大气和恒星黑子的情况。
史蒂文森说:“它将多种仪器结合在一起，将真正确定这颗行星是否有大气层。”
这项研究被《天体物理学杂志通讯》接受发表。
