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39光年外的超级地球,位于“太阳系2.0”中,会宜居吗?

 姿势分子_ 2023-03-30 发布于辽宁

迄今为止,天文学家已经在宇宙中发现超过5000颗系外行星了。这些系外行星五花八门,拥有行星的恒星也各有特色,但其中一颗名为TRAPPIST-1的恒星最受关注。

TRAPPIST-1距离我们大约39.13光年,这在宇宙中已经算是相当近的距离了。最特殊的是,它周围已经有7颗系外行星被发现,是迄今为止天文学家发现拥有行星最多的恒星之一,因此很多人把它视为太阳系2.0。

不仅如此,这七颗系外行星中,至少有三颗被认为处在宜居带内,分别是TRAPPIST-1e、f和g。也就是说,它们的表面温度可能比较适中,允许水以液态的形式存在,这是孕育生命的最基础条件。

TRAPPIST-1属于M型恒星,俗称红矮星,是宇宙中体型最小,同时也是数量最多的一类恒星。因此,如果我们能对TRAPPIST-1的系统进行详细观测,就是对宇宙中最多的一类恒星中,拥有行星最多的一颗进行观测,具有更高的效率和代表性。正因为有了上面这些特点,TRAPPIST-1成为了最受关注的恒星之一。

法国替代能源和原子能委员会(CEA)的天文学家Elsa Ducrot介绍道:“对它的观测可以让我们更容易地对较小的、较冷的恒星周围的岩石行星进行定性分析。如果我们想了解M型恒星距今的宜居性,TRAPPIST-1的系统就是一个绝佳的实验室,它的行星则是我们拥有的观察岩石行星大气层的最佳目标。”

有这么好的观测对象,天文学家怎么会视而不见呢?最近,美国宇航局利用强大的詹姆斯·韦布太空望远镜对其中一颗行星进行了观测,那就是TRAPPIST-1b。

在这七颗系外行星中,TRAPPIST-1b距离宿主恒星最近,平均每1.5天就能完成一次公转。这是一颗超级地球,半径是地球的1.1倍,质量是地球的1.4倍,是一个和我们一样的岩石世界。

可惜的是,由于它太靠近宿主恒星,接收到的恒星辐射量是地球的4倍左右,以至于表面温度高达230℃。在这种条件下,它的表面是不可能孕育生命的。别说生命,它连大气层都不太可能保存。

即便如此,它还是令科学家非常感兴趣,这也是天文学家第一次对这么小且这么冷的系外行星进行的这么详细的观测——没错,和以往进行类似观测的系外行星相比,它还算是凉爽的,因为那些系外行星的表面温度普遍是四位数……

在此之前,天文学家就利用哈勃、斯皮策等望远镜进行过观测,当时的结果已经排除了TRAPPIST-1b拥有松散大气的可能性。即便如此,天文学家还无法排除它拥有一个相对浓厚、密集的大气层的可能性,这是以往的观测设备所无法回答的问题。

利用TRAPPIST-1b运行到宿主恒星身前以及身后时带来的亮度变化,天文学家就能判断它有没有大气层。

这个道理很简单,当它运行到宿主恒星和地球之间时,就会遮挡住恒星的一部分光,在我们看来,恒星的亮度就会稍微减弱。当它运行到宿主恒星的两旁时,我们不仅能看到宿主恒星的光,还能看见行星反射的光。当它运行到宿主恒星身后时,它反射的光就看不见了,所以TRAPPIST-1系统的亮度也会有轻微的下降。

通过这颗行星运行期间导致的亮度变化,以及对其反射光线的估算,天文学家就能判断它能发出多少红外辐射。我们知道,红外线反映的是一个物体的温度,而温度就可以暗示我们它到底有没有大气层。

CEA的天文学家Pierre-Olivier Lagage介绍道:“这颗行星已经被潮汐锁定,其中一面永远对准恒星,另一面则始终黑暗。如果它有大气层,可以循环并重新分配热量,那么白昼面就会比没有大气层的情况下温度更低。”

作为当今世界最强大的太空望远镜,韦布拥有无与伦比的红外观测能力,是天文学家进行本次观测的关键。

研究人员对TRAPPIST-1b进行了五次凌星现象的观测,计算出它朝向恒星的一面温度大约是230℃。根据上述理论来看,它的表面温度是符合没有大气层的情况的,因此,它极有可能是一颗赤裸裸的行星。

Ducrot指出:“我们将分析数据与计算机模型中显示的不同情况下的温度数值进行了比较,结果与一个由裸岩构成的黑体和没有大气层来循环热量的情况基本上完全一致。而且我们也没有观测到有任何光被二氧化碳吸收的迹象,这些现象在观测中如果有的话,是非常容易观测到的。”

研究人员据此得出结论,这个太阳系2.0+超级地球的世界,其实并不是一个宜居的世界。

当然了,天文学家原本也没指望在这里发现生命的可能性,毕竟和太阳相比,体型更小的红矮星反而更狂暴,可以释放出强大的X射线,对附近的行星造成严重的摧残。即便这些行星上原本有孕育生命的可能性,也会被恐怖的射线剥去大气层。

即便如此,TRAPPIST-1系统仍然具有很高的研究价值。就像美国宇航局艾姆斯研究中心的天体物理学家Thomas Greene说的,在银河系内,红矮星的数量是太阳这类恒星的10倍,拥有岩石行星的可能性也是类太阳恒星的2倍。也就是说,我们观测红矮星时,有更高的概率发现类似地球的行星。

因此,研究人员未来还会进一步对这个系统进行分析,并且进一步描述TRAPPIST-1b的全球热量分布,这对人类了解红矮星周围的岩石行星的环境有重要的意义,我们也能更清楚地看到它们和地球有哪些不同。

别忘了,“三体星”——比邻星b也是一颗围绕红矮星的岩石行星,或许“三体人”过的日子,也和TRAPPIST-1b——当然也有可能更糟……

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