作为 2022 年 12 月 19 日，已在 3,908 个系统中确认了 5,227 个太阳系外行星，还有 9,000 多个等待确认。 虽然这些行星中的大多数是木星或海王星大小的气态巨行星，或者是地球大小数倍的岩石行星（超级地球），但从统计数据来看，水占其质量分数很大一部分的行星数量很大。 “水世界。” 这些行星不同于我们在太阳系中看到的任何行星，并提出了关于我们银河系中行星形成的几个问题。
在最近的一项研究中，由蒙特利尔大学的研究人员领导的国际团队 系外行星研究所 (iREx) 在距离天琴座约 218 光年的单个行星系统中发现了两个水世界的证据。 根据它们的密度，该团队确定这些系外行星（Kepler-138c 和 Kepler-138d）比岩石类地行星轻，但比以气体为主的行星重。 这一发现是利用美国宇航局现已退役的数据得出的 斯皮策太空望远镜 和尊者 哈勃太空望远镜.
该团队由 卡罗琳·皮奥莱特，研究员和博士。 iREx 的候选人，作为她博士学位的一部分。 论文。 她加入了天体物理学教授 比约恩·本内克，她的博士学位。 iREx 的顾问和奥地利科学院的研究人员 太空研究所熨斗研究所的 计算天体物理学中心， 这 美国宇航局系外行星科学研究所 (NExSci)、美国宇航局戈达德太空飞行中心和多所大学。 描述他们发现的论文最近发表在期刊上 自然天文.
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在 iREx 实习期间，Piaulet 的工作包括使用由 Spitzer、Hubble 和 詹姆斯韦伯太空望远镜 (JWST) 来确定中型系外行星的组成——它们的大小介于地球和海王星之间。 这就是水世界所在的地方，这些行星的质量比地球大，但体积是地球的许多倍——这意味着它们的密度要低得多。 正如 Benneke 在最近的 NASA 中解释的那样 新闻稿:
“我们以前认为比地球大一点的行星是由金属和岩石组成的大球，就像放大版的地球，这就是为什么我们称它们为超级地球。 然而，我们现在已经表明，这两颗行星，Kepler-138c 和 d，在性质上完全不同，它们整个体积的很大一部分可能由水组成。 这是迄今为止关于水世界的最好证据，水世界是一种被天文学家理论认为存在了很长时间的行星。”
本研究中涉及的系外行星先前于 2014 年由 开普勒太空望远镜 使用凌日法，该方法还检测到第三颗系外行星 (Kepler-198b) 绕着更靠近恒星的轨道运行。 2014 年至 2016 年间，Benneke 和他的同事 Diana Dragomir（新墨西哥大学）提出了用哈勃和斯皮策观测行星系统的想法，以寻找更多的 Kepler-138d 凌日现象来研究其大气层。 与 Piaulet 一起，该团队能够根据哈勃和斯皮策所做的 13 次凌日观测来限制 Kepler-198c 和 d 的大小。
这些与主恒星的新径向速度测量相结合 高分辨率阶梯光栅光谱仪 （雇用）在 WM凯克天文台. 这使得该团队能够限制 Kepler-198c 和 d 的大小和质量，从而导致他们得出大约两倍地球质量的大小估计，表明它们是“超级地球”。 这些发现还表明，Kepler-198c 和 d 是“双胞胎”行星，大小和质量几乎相同——这与之前认为它们截然不同的估计相矛盾。
然而，他们的估计还表明，这些系外行星的体积大约是地球的三倍（这意味着它们的密度较低）。 由此得出的结论是，它们多达一半的体积由挥发性元素组成（其中最常见的是水）。 这些结果令人惊讶，因为迄今为止详细研究的大多数系外行星（比地球稍大）似乎都是岩石。 据研究人员称，最接近的比较对象是外太阳系中的一些冰卫星（如木卫二、土卫二、木卫三、土卫六等）。
这些天体主要由水和围绕在岩石金属核周围的其他挥发物组成，因此获得了“海洋世界”的绰号。 同样，“水世界”可能不像地球那样有地表海洋，而是表面冰层下的内部海洋。 作为皮奥莱特 说:
“想象一下更大版本的欧罗巴或土卫二，这些富含水的卫星围绕木星和土星运行，但离它们的恒星更近了。 它们不会有冰冷的表面，而是会有大量的水蒸气包裹。 开普勒 138d 大气层的温度可能高于水的沸点，我们预计这颗行星上会有一层由蒸汽构成的浓密大气层。 只是，在这种蒸汽气氛下，可能存在高压液态水，甚至可能存在高压下另一种相态的水，称为超临界流体。”
虽然 Kepler-138c 和 d 都不位于宜居带，但该团队还注意到哈勃和斯皮策数据中第四颗行星的证据！ 这颗新发现的行星 (Kepler-138e) 绕其主恒星的轨道更远，完成一个轨道需要 38 天，而且其大小似乎与火星相似。 然而，这颗行星的特征仍然没有得到很好的限制，因为它似乎没有凌日于它的主星。 但是有了像 JWST 这样的下一代望远镜和更灵敏的技术，天文学家可能会发现更多的水世界，它们的轨道离恒星更远。
自从开始观测宇宙以来，JWST 通过直接对系外行星 HIP 65425 b 进行成像并从 WASP-39b 的大气中获取光谱，展示了一项关键能力。 在后一种情况下，光谱构成了该行星大气中二氧化碳的第一个明确证据（被认为是关键的生物印记）。 在 iREx 期间，Piaulet 还开发了一种新方法，可以根据 JWST 将获得的发射光谱来限制系外行星的大气温度。 这种方法将使天文学家能够直接测量行星宜居性的关键指标。
