该图显示了TRAPPIST-1行星系统的样子,基于有关行星直径、质量和与主星距离的可用数据。天文学家将它们命名为行星TRAPPIST-1a、TRAPPIST-1b等等。
影像来源:NASA/JPL-Caltech

五年前,天文学家发现了一个壮观的其他世界集合:TRAPPIST-1系统。

世界各地的报纸都在头版刊登了这一发现:天文学家发现一颗名为TRAPPIST-1的红矮星是一个由七颗地球大小的行星组成的紧密家族的家园。NASA于2017年2月22日公布了该系统。

利用地面和太空望远镜,科学家们发现了迄今为止在太阳之外发现的最不寻常的行星系统之一,并提出了一个诱人的问题:这些星球中是否有一个适合居住——一个适合生命的家园?

五年后,这些行星仍然神秘莫测。自第一次公布以来,随后的研究表明,TRAPPIST-1行星是岩石行星,它们的年龄可能是我们太阳系的两倍,它们距离地球41光年。

但真正改变游戏规则的将是最近发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜。韦伯比以往任何一台太空望远镜都更大、更强大,它将在TRAPPIST-1行星上寻找大气层的迹象。

“人们甚至可以问一个关于另一颗恒星周围的行星是否适合居住的问题——这让我感到不可思议。”南加州NASA喷气推进实验室系外行星科学研究所经理肖恩·凯里说。凯里是利用现已退役的斯皮策太空望远镜的数据帮助发现TRAPPIST-1行星的团队的一员。

使用NASA的“系外行星之眼”交互式可视化探索TRAPPIST-1系统,您可以在其中近距离查看每个行星的插图。
图片来源:NASA/JPL-Caltech

韦伯的主要目标是来自恒星的第四颗行星,称为TRAPPIST-1e。 它正好位于科学家所说的宜居带(也称为金凤花姑娘带)的中间。这是恒星到行星的轨道距离,这里的热量刚好能让液态水存在于行星表面。

尽管行星紧密地围绕在TRAPPIST-1周围,但这颗红矮星不仅比太阳冷得多,而且体积还不到太阳的10%。(事实上,如果把整个TRAPPIST-1系统放在我们自己的太阳系里,它所有行星的轨道就在最内层行星水星的轨道内。)

短期内你还无法到访TRAPPIST-1e,但你可以用这张免费下载的旅游海报想象一下你的外星之旅。它来自喷气推进实验室的一系列旅行海报,想象着虚拟旅行到14个外星世界。
影像来源:NASA/JPL-Caltech

寻找大气

可居住区只是第一个切入点。一颗可能宜居的行星也需要一个合适的大气层,而韦伯,尤其是在其早期的观测中,很可能只获得了大气层是否存在的部分迹象。

“这里最重要的是在宜居带中的一颗陆地地球大小行星的第一次大气特征,”比利时列日大学的天文学家、2017年揭示这七颗同胞行星的研究的主要作者迈克尔·吉隆说。

哈勃太空望远镜的测量增加了更多关于宜居性的信息。虽然哈勃没有能力确定这些行星是否具有潜在的宜居大气层,但它确实发现至少三颗行星——d、e和f——似乎没有气态巨行星那样的以氢为主的蓬松大气层,例如我们太阳系中的海王星。这类行星被认为不太可能维持生命。

康奈尔大学的行星科学家尼科尔·刘易斯说,这就为“大气支持地表液态水的潜力”留下了可能性。

刘易斯是一个科学团队的一员,该团队将使用韦伯望远镜在红外光下观测天空,在TRAPPIST-1e上寻找大气层的迹象。

“希望我们能在韦伯 [可检测到的] 波长范围内看到二氧化碳,这是一个非常强大的特征。”她说。 “一旦我们知道哪里有高于噪声的小物体,我们就可以返回并在该区域进行更高分辨率的观察。”

TRAPPIST-1行星的大小也可能有助于加强宜居性的情况,尽管研究还远没有定论。

它们不仅在直径上而且在质量上都可以与地球相当。缩小行星的质量范围是可能的,这要归功于它们在TRAPPIST-1周围紧密聚集:它们肩并肩地挤在一起,相互推挤,使科学家能够根据这些引力效应计算它们可能的质量范围。

“我们已经得到了一些关于它们大小的非常好的信息——质量和半径。”康奈尔大学的刘易斯说。“这意味着我们知道它们的密度。”

这些密度表明,这些行星可能由地球等类地行星中发现的物质组成。

刘易斯说,科学家们利用可能的行星大气形成和演化的计算机模型,试图缩小其可能的组成范围,这对TRAPPIST-1行星至关重要。

“TRAPPIST系统的伟大之处在于,它将允许我们以任何一种方式改进这些模型——无论它们最终将成为贫瘠的岩石还是最终成为潜在的宜居世界。”她说。

对于吉隆来说,该系统的另一个伟大之处是TRAPPIST-1系统的覆盖范围。“我在一些艺术作品中看到了TRAPPIST-1,在音乐、科幻小说、漫画中也看到过它。”他说。“这是我们在这五年中真正享受到的东西。就像这个系统有自己的生命一样。”

参考来源:

https://www.nasa.gov/feature/jpl/day-of-discovery-7-earth-size-planets

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