詹姆斯·韦伯望远镜在著名的 TRAPPIST-1 系统中寻找宜居性

在我们在太阳系以外发现的所有行星中,大多数根本不像地球。它们通常是像木星这样的气态巨行星,它们的轨道非常靠近它们的恒星,使它们非常热。这些通常也是最容易检测到的系外行星类型。在已发现的数千颗系外行星中,只有极少数可能适合居住——总共不到 50 颗。这就是为什么天文学家对 2017 年发现一个名为 TRAPPIST-1 的系统感到如此兴奋,该系统有七颗地球大小的岩石系外行星,其中四颗位于宜居带。

但 TRAPPIST-1 距离地球很远,距离我们有 40 光年,因此要详细观察这些行星并不容易。天文学家掌握了一些关于行星大小和轨道的信息,但要真正了解那里是否曾出现过生命,他们需要有关行星大气层的信息。詹姆斯·韦伯太空望远镜提供了对此进行调查的手段。

詹姆斯·韦伯望远镜在著名的 TRAPPIST-1 系统中寻找宜居性
这位艺术家的概念描绘了距离地球 40 光年的 TRAPPIST-1 系统内的七颗岩石系外行星。 NASA/JPL-Caltech/R。伤害 (IPAC)

“我们想知道岩石行星是否有大气层,”韦伯对 TRAPPIST-1 系统的研究的主要作者塞巴斯蒂安齐巴在一份声明中说。 “过去,我们只能真正研究大气层厚且富氢的行星。有了韦伯,我们终于可以开始寻找以氧气、氮气和二氧化碳为主的大气层。”

最近的研究着眼于 TRAPPIST-1 c,它被认为是一颗被潮汐锁定在其恒星上的类金星行星——所以一侧,即白天,将始终面向恒星,温度约为 225 度华氏温度。 “TRAPPIST-1 c 很有趣,因为它基本上是金星的双胞胎:它的大小与金星大致相同,并且从其宿主恒星接收的辐射量与金星从太阳接收的辐射量相似,”合著者 Laura Kreidberg 解释说。 “我们认为它可能像金星一样拥有厚厚的二氧化碳大气层。”

这位艺术家的概念图展示了基于这幅作品的热岩石系外行星 TRAPPIST-1 c 的样子。 TRAPPIST-1 c 是 TRAPPIST-1 系统中七颗已知行星中的第二颗,以 0.016 AU(约 150 万英里)的距离绕其恒星运行,仅需 2.42 个地球日即可完成一圈。 TRAPPIST-1 c 比地球略大,但密度大致相同,这表明它必须具有岩石成分。韦伯对 TRAPPIST-1 c 发射的 15 微米中红外光的测量表明,这颗行星要么有裸露的岩石表面,要么有非常稀薄的二氧化碳大气层。
这位艺术家的概念图展示了炽热的岩石系外行星 TRAPPIST-1 c 的样子。韦伯对 TRAPPIST-1 c 发射的 15 微米中红外光的测量表明,这颗行星要么有裸露的岩石表面,要么有非常稀薄的二氧化碳大气层。 NASA、ESA、CSA、Joseph Olmsted (STScI)

然而,当研究人员使用韦伯观测 TRAPPIST-1 c 的大气层时,他们发现它与金星浓厚、富含二氧化碳的大气层有很大不同。相反,这颗行星的大气层极其稀薄——如果它真的有大气层的话。

对于那些希望找到宜居性的人来说,结果有些令人失望,因为这意味着这颗行星可能是在没有太多水的情况下形成的。并且系统中的其他行星也有可能在没有水的情况下形成,这使得它们不太可能适合居住。

尽管结果不是预期的那样,但它们仍然令人兴奋地展示了技术是如何发展到让我们能够看到系外行星大气层的。 Kreidberg 说:“我们可以测量这一点,这真是太棒了。” “几十年来,关于岩石行星能否保持大气层的问题一直存在。韦伯的能力确实让我们进入了一种状态,在这种状态下,我们可以开始以前所未有的方式将系外行星系统与我们的太阳系进行比较。”

该研究发表在《自然》杂志上。


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