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太陽系2.0+超級地球!39光年外的世界,韋布望遠鏡最新觀測
2023/04/01

迄今為止,天文學家已經在宇宙中發現超過5000顆系外行星了。這些系外行星五花八門,擁有行星的恒星也各有特色,但其中一顆名為TRAPPIST-1的恒星最受關注。

TRAPPIST-1距離我們大約39.13光年,這在宇宙中已經算是相當近的距離了。最特殊的是,它周圍已經有7顆系外行星被發現,是迄今為止天文學家發現擁有行星最多的恒星之一,因此很多人把它視為太陽系2.0。

不僅如此,這七顆系外行星中,至少有三顆被認為處在宜居帶內,分別是TRAPPIST-1e、f和g。也就是說,它們的表面溫度可能比較適中,允許水以液態的形式存在,這是孕育生命的最基礎條件。

TRAPPIST-1屬于M型恒星,俗稱紅矮星,是宇宙中體型最小,同時也是數量最多的一類恒星。因此,如果我們能對TRAPPIST-1的系統進行詳細觀測,就是對宇宙中最多的一類恒星中,擁有行星最多的一顆進行觀測,具有更高的效率和代表性。正因為有了上面這些特點,TRAPPIST-1成為了最受關注的恒星之一。

法國替代能源和原子能委員會(CEA)的天文學家Elsa Ducrot介紹道:「對它的觀測可以讓我們更容易地對較小的、較冷的恒星周圍的巖石行星進行定性分析。如果我們想了解M型恒星距今的宜居性,TRAPPIST-1的系統就是一個絕佳的實驗室,它的行星則是我們擁有的觀察巖石行星大氣層的最佳目標。」

有這麼好的觀測對象,天文學家怎麼會視而不見呢?最近,美國宇航局利用強大的詹姆斯·韋布太空望遠鏡對其中一顆行星進行了觀測,那就是TRAPPIST-1b。

在這七顆系外行星中,TRAPPIST-1b距離宿主恒星最近,平均每1.5天就能完成一次公轉。這是一顆超級地球,半徑是地球的1.1倍,質量是地球的1.4倍,是一個和我們一樣的巖石世界。

可惜的是,由于它太靠近宿主恒星,接收到的恒星輻射量是地球的4倍左右,以至于表面溫度高達230℃。在這種條件下,它的表面是不可能孕育生命的。別說生命,它連大氣層都不太可能保存。

即便如此,它還是令科學家非常感興趣,這也是天文學家第一次對這麼小且這麼冷的系外行星進行的這麼詳細的觀測——沒錯,和以往進行類似觀測的系外行星相比,它還算是涼爽的,因為那些系外行星的表面溫度普遍是四位數……

在此之前,天文學家就利用哈勃、斯皮策等望遠鏡進行過觀測,當時的結果已經排除了TRAPPIST-1b擁有松散大氣的可能性。 即便如此,天文學家還無法排除它擁有一個相對濃厚、密集的大氣層的可能性,這是以往的觀測設備所無法回答的問題。

利用TRAPPIST-1b運行到宿主恒星身前以及身后時帶來的亮度變化,天文學家就能判斷它有沒有大氣層。

這個道理很簡單,當它運行到宿主恒星和地球之間時,就會遮擋住恒星的一部分光,在我們看來,恒星的亮度就會稍微減弱。當它運行到宿主恒星的兩旁時,我們不僅能看到宿主恒星的光,還能看見行星反射的光。當它運行到宿主恒星身后時,它反射的光就看不見了,所以TRAPPIST-1系統的亮度也會有輕微的下降。

通過這顆行星運行期間導致的亮度變化,以及對其反射光線的估算,天文學家就能判斷它能發出多少紅外輻射。我們知道,紅外線反映的是一個物體的溫度,而溫度就可以暗示我們它到底有沒有大氣層。

CEA的天文學家Pierre-Olivier Lagage介紹道:「這顆行星已經被潮汐鎖定,其中一面永遠對準恒星,另一面則始終黑暗。如果它有大氣層,可以循環并重新分配熱量,那麼白晝面就會比沒有大氣層的情況下溫度更低。」

作為當今世界最強大的太空望遠鏡,韋布擁有無與倫比的紅外觀測能力,是天文學家進行本次觀測的關鍵。

研究人員對TRAPPIST-1b進行了五次凌星現象的觀測,計算出它朝向恒星的一面溫度大約是230℃。根據上述理論來看,它的表面溫度是符合沒有大氣層的情況的,因此,它極有可能是一顆赤裸裸的行星。

Ducrot指出:「我們將分析數據與計算機模型中顯示的不同情況下的溫度數值進行了比較,結果與一個由裸巖構成的黑體和沒有大氣層來循環熱量的情況基本上完全一致。而且我們也沒有觀測到有任何光被二氧化碳吸收的跡象,這些現象在觀測中如果有的話,是非常容易觀測到的。」

研究人員據此得出結論,這個太陽系2.0+超級地球的世界,其實并不是一個宜居的世界。

當然了,天文學家原本也沒指望在這里發現生命的可能性,畢竟和太陽相比,體型更小的紅矮星反而更狂暴,可以釋放出強大的X射線,對附近的行星造成嚴重的摧殘。即便這些行星上原本有孕育生命的可能性,也會被恐怖的射線剝去大氣層。

即便如此,TRAPPIST-1系統仍然具有很高的研究價值。 就像美國宇航局艾姆斯研究中心的天體物理學家Thomas Greene說的,在銀河系內,紅矮星的數量是太陽這類恒星的10倍,擁有巖石行星的可能性也是類太陽恒星的2倍。也就是說,我們觀測紅矮星時,有更高的機率發現類似地球的行星。

因此,研究人員未來還會進一步對這個系統進行分析,并且進一步描述TRAPPIST-1b的全球熱量分布,這對人類了解紅矮星周圍的巖石行星的環境有重要的意義,我們也能更清楚地看到它們和地球有哪些不同。

別忘了,「三體星」——比鄰星b也是一顆圍繞紅矮星的巖石行星,或許「三體人」過的日子,也和TRAPPIST-1b——當然也有可能更糟……

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