【大紀元2026年08月19日訊】（大紀元記者薛止墨編譯報導）詹姆斯‧韋伯太空望遠鏡（JWST）是人類探索宇宙最敏銳的「眼睛」之一。憑藉著革命性的紅外線觀測能力，JWST不僅能窺探宇宙最早期的星系，更開啟了美國航空航天局（NASA）所謂的「系外行星研究新紀元」——深入剖析遙遠外星世界的大氣成分，尋找行星演化乃至地外生命的線索。
在尋找宜居環境的過程中，「水」無疑是最關鍵的指標之一。近期一項研究指出，天文學家利用JWST對距離地球近700光年的行星WASP-39b建立大氣模型時，成功在該行星大氣中偵測到了半重水（HDO）的光譜訊號。這是人類首次在太陽系之外的行星大氣中，明確驗證水同位素體（Isotopologues）的存在。
什麼是半重水？為什麼氘氫比（D/H）如此重要？
我們日常接觸的普通水分子（H₂O），其氫原子（H）是由單一質子（沒有中子，外面包圍一個電子）構成的「氕」。而半重水（HDO）的分子結構中，其中一個氫原子（H）被替換成了多帶一顆中子的重氫同位素——氘（Deuterium, D）。
研究團隊之所以全力尋找半重水，核心目的在於精確量測行星大氣中水分子的氘氫比（D/H比值）。D/H比值就像是行星的「化學指紋」，能為科學家提供兩大關鍵線索：
1. 行星的誕生地：原恆星盤不同區域（例如雪線內外）的水冰具有不同的氘富集程度。
2. 大氣的演化與流失歷程：大氣逃逸作用會改變大氣中的成分比例。
本次研究之所以選擇WASP-39b——一顆距離地球約700光年、體積膨脹且大氣極為明亮的酷熱氣態巨行星，是因為它是被研究最透徹的外星世界之一：JWST的四大主要科學儀器（NIRISS、NIRCam、NIRSpec和MIRI）先前皆已對其進行過深入觀測，使它成為目前擁有一座「數據金礦」的「基準系外行星」。
研究團隊表示：「這讓我們獲得了迄今所有系外行星中最詳盡的透射光譜。然而，我們對其大氣化學機制的理解仍不完整；精確測量這顆行星大氣中水的D/H比值，將為其化學環境與形成途徑提供極為寶貴的限制條件。」
異常偏高的氘氫比：WASP-39b經歷了什麼？
在將綜合了溫度、雲層覆蓋、分子豐度與光譜不透明度的大氣模型，與JWST實測數據比對後，研究團隊發現WASP-39b大氣中的D/H比值，顯著高於太陽系中的木星與土星等氣態巨行星，而「這些行星原本可以預期是WASP-39b最接近的本地類比對象」。
天文學家提出兩種主要機制來解釋這種「氘富集」現象：
1. 劇烈的大氣逃逸（Atmospheric Escape）
WASP-39b離其母恆星極近，大氣溫度接近1,000°C（1832℉），且自身引力較弱。在強烈輻射照射下，較輕的普通水分子分解後，氫原子更容易克服引力逃逸至太空中；相對地，質量略重的半重水（HDO）則較容易被留在行星大氣中。長期累積下來，便拉高了殘留大氣的D/H比值。
2. 遠距離遷移（Inward Migration）
另一種可能是WASP-39b原本誕生於原行星盤外圍寒冷的「雪線」之外，在那裡吸積了富含氘冰的原始物質，隨後才漸漸向內遷移至現今靠近恆星的高溫軌道上。原恆星盤外圍的冰體觀測數據顯示，其氘富集程度確實與WASP-39b推算出的比值吻合，不過這仍需更複雜的動態化學模型進一步驗證。
從氣態巨行星到岩質世界：未來搜尋宜居性的關鍵利器
必須強調的是，WASP-39b是一顆環境極端的高溫氣態巨行星，其本身絕非宜居世界。但這次成功偵測到半重水光譜，標誌著技術上的重大突破。
半重水具有非常獨特且易於辨識的紅外光譜特徵。研究團隊總結道：「在不久的將來，這種技術甚至有可能應用於溫和的岩質系外行星上，屆時測量半重水與D/H比值，將成為評估這些世界是否具備液態水演化史及潛在宜居性的強大示蹤工具。」
這項發現不僅讓我們更深入理解遠方異星大氣的劇烈變化，也為未來尋找第二個「地球」鋪設了關鍵的化學偵測基石。
這項研究於7月21日發表在預印本伺服器arXiv上。◇
責任編輯：李琳#
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