Планетата K2-18 b: сигналът за водна пара от 2019 г. и спорът след него

През септември 2019 г. два екипа съобщиха, че са открили водна пара в атмосферата на K2-18 b – планета с около осем земни маси, която обикаля червено джудже в обитаемата зона на звездата си. Заглавията говореха за вода на потенциално обитаема планета. Обитаемата зона е областта около звездата, където планета с подходящи условия би могла да има течна вода; това не означава, че на нея може да се живее. Седем години по-късно сигналът от 2019 г. е оспорен, телескопът „Джеймс Уеб“ (JWST) видя други молекули, а твърдението за диметилсулфид от 2025 г. не е потвърдено от независими анализи.

Какво съобщиха през 2019 г.

Екипът на Ангелос Циарас (Angelos Tsiaras) публикува в „Nature Astronomy“ анализ на наблюдения с камерата WFC3 на телескопа „Хъбъл“. В спектъра на планетата авторите откриха отпечатък на водна пара, оценен на около 3,6 сигма. Изведеното средно молекулно тегло на атмосферата подсказва, че в нея все още има водород.

Почти едновременно екипът на Бьорн Бенеке (Björn Benneke) обработи девет прехода на планетата, заснети от WFC3, и добави данни от телескопите „Спицър“ и K2. В „The Astrophysical Journal Letters“ той съобщи за водна пара и вероятни облаци от течна и ледена вода. Радиусът на планетата е около 2,6 земни радиуса, а от звездата ѝ тя получава почти толкова енергия, колкото Земята от Слънцето – 1368 W/m² срещу 1361 W/m². Въпреки това авторите подчертаха, че заради гъстата водородна обвивка K2-18 b не е „истински аналог на Земята“.

Как се търси атмосфера, която не се вижда

Планетата не може да бъде снимана директно. Когато минава пред звездата си, малка част от светлината преминава през атмосферата ѝ и молекулите поглъщат определени дължини на вълните. Сравнението на дълбочината на прехода при различните дължини показва какви газове има. При K2-18 b ключова е ивицата около 1,4 микрометра в данните на WFC3.

Метан вместо вода

Бруно Безар (Bruno Bézard), Бенжамен Шарне и Дориан Блен от Парижката обсерватория моделираха състава на K2-18 b и изчислиха какви спектри би дала. Според тях поглъщането при 1,4 микрометра най-вероятно се дължи на метан, който трябва да е изобилен във водородно-хелиевите атмосфери на студени мини-Нептуни. При планети с ефективна температура под 600 K тази ивица изобщо не може да служи като доказателство за вода. Моделите им, приложени към данните на Циарас и колеги, също предпочитаха атмосфера, богата на метан. Коментарът излезе през май 2022 г. в „Nature Astronomy“.

Какво видя JWST

Наблюденията на JWST в близката инфрачервена област (инструментите NIRISS и NIRSpec) бяха анализирани от екипа на Никку Мадхусудхан (Nikku Madhusudhan). Екипът съобщи за метан и въглероден диоксид и за слаб намек за диметилсулфид (DMS). Въглеродният диоксид беше изтълкуван като знак за воден океан под водородна атмосфера, т.нар. хайсиански (hycean) свят, а DMS – като възможен биомаркер.

През април 2025 г. Мадхусудхан и колеги публикуваха и спектър на MIRI, инструмента на JWST за средната инфрачервена област (6–12 микрометра). Той се различава от равна линия на ниво 3,4 сигма. От молекулите, предвиждани за K2-18 b, само DMS и диметилдисулфид (DMDS) обясняват спектъра – на ниво около 3 сигма и при количество от поне около 10 части на милион по обем за поне едната от двете. Самите автори поискаха потвърждение с още наблюдения и проучване на небиологични източници.

Възраженията

Екип с първи автор Р. Люке (R. Luque) моделира заедно данните на NIRISS, NIRSpec и MIRI от 0,6 до 12 микрометра. Изводът е, че има „недостатъчно доказателства“ за DMS и DMDS. Други молекули с метилова група, например етан, обясняват данните приблизително също толкова добре. Слабото предпочитание към DMS идва от ограничения набор разгледани молекули и от чувствителност към дребни разлики в обработката. По оценката на авторите ще са нужни още около 25 прехода на MIRI, за да се отхвърли равна линия на ниво 3 сигма.

Стивън Шмид (Stephen P. Schmidt) и колеги анализираха наново данните на NIRISS и NIRSpec с 60 варианта на обработка и над 250 извличания на състава. Метанът се потвърждава на около 4 сигма, но за въглеродния диоксид и DMS няма статистически значим или надежден сигнал. Съставът според тях пасва на мини-Нептун, беден на кислород, и не изисква течна повърхност или живот.

През юли 2025 г. екип с водещ автор Рену Ху (Renyu Hu) добави четири нови прехода, заснети с NIRSpec; сред авторите са Мадхусудхан и Бенеке. Метанът и въглеродният диоксид са открити надеждно, но водна пара, амоняк и въглероден оксид – не. Липсата на водна пара авторите тълкуват като ефективна „студена клопка“. DMS, метантиолът и N2O остават маргинални – под 3 сигма.

Какво още не е решено

Според публикациите от 2025 г. метанът е в спектъра на JWST и се потвърждава от различни анализи. За въглеродния диоксид оценките се разминават. DMS не е доказан: независимите анализи не намират достатъчно доказателства, а за окончателен отговор са нужни още наблюдения. Водната пара, с която започна историята през 2019 г., не се вижда в новите спектри на NIRSpec.

За самата планета остават няколко възможности. Ху и колеги я описват като студен, богат на вода свят – или с дебела обвивка с над 10 % H2O по обем, или с тънка атмосфера над течен океан, но признават, че модели с амоняк и въглероден оксид също пасват. Шмид и колеги виждат мини-Нептун, беден на кислород, без течна повърхност. Всяка група тълкува спектрите по свой начин, затова са нужни още наблюдения.