雅格布·普里斯科
13小时前
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一颗地球大小的系外行星，距离我们40光年，被称为TRAPPIST-1 e，在这张图片的右下角，可能有一个能够维持液态水的大气层。
美国国家航空航天局、欧空局、加空局、科学技术委员会、Joseph Olmsted(科学技术委员会)
天文学家可能即将首次确认系外行星上存在类似地球的大气， 如果更详细的分析证实了詹姆斯·韦伯太空望远镜的初步观察。
这颗行星是距离地球约40光年的行星系统的一部分，该系统名为TRAPPIST-1，由五名比利时天文学家在2016年发现，并以他们的名字命名最喜欢的啤酒。从那以后，这个系统一直被深入研究。
巴尔的摩太空望远镜科学研究所的天文学家内斯托尔·埃斯皮诺萨(Néstor Espinoza)说，“作为一个行星系统，它非常陌生。“这颗恒星非常非常小，只有木星那么大，至少有七颗岩石行星围绕它旋转。其中三颗位于我们所说的可居住区，这意味着它们离恒星足够近，如果它们有大气层，它们可以维持液态水。”
埃斯皮诺萨和他的同事们把注意力集中在TRAPPIST-1 e上，这是该系统中距离恒星第四远的行星研究上周发表在《天体物理学杂志快报》上。2023年用韦伯望远镜进行的四次观测无法排除大气层的存在，这激发了乐观情绪。
“根据前四次观察，我们不能说(这颗行星)没有大气层，所以这个梦想仍然存在——它仍然可能有大气层，”埃斯皮诺萨说，“这非常令人兴奋，因为我们有15次以上观察的后续计划。”
Espinoza说，韦伯望远镜只能排除最内侧行星TRAPPIST-1 b上的任何大气，但其他六颗行星仍然没有定论，TRAPPIST-1 e被视为液态地表水的最佳候选之一。
“三年前，在詹姆斯·韦伯发射之前，这种研究还是科幻小说，”埃斯皮诺萨谈到探测遥远行星上大气的可能性时说。“现在我非常有信心，我们将能够看到TRAPPIST-1 e可能拥有什么样的大气层——如果它拥有类似地球的大气层，我们就能够分辨出来。”
寻找蛛丝马迹TRAPPIST-1 e与地球大小相似，每六天绕其恒星一周——比地球绕太阳一周的速度快得多。那是因为这颗恒星比我们的太阳小得多，所有的行星都离它很近。“如果你能神奇地将TRAPPIST-1恒星带到我们的太阳系，”Espinoza说，“所有的行星及其轨道都将符合水星的轨道。”
当寻找大气层时，天文学家等待一颗行星从它的恒星前面经过，并注意到透过的星光的任何微小变化。他们一边研究大气的化学成分，一边寻找它的迹象。
和四个人一起运输通过韦伯望远镜在2023年的观测，天文学家能够排除在TRAPPIST-1 e上存在主要的氢基大气，这是很可能的零点爆破它的恒星发出大量的辐射。(地球同样在早期失去了它的原始大气，但随后建立了第二层大气；天文学家希望TRAPPIST-1 e也能做到这一点。)
这个场景将在稍后详述研究，也发表在上周的《天体物理学杂志快报》上。它指出，这颗行星不太可能像金星和火星那样有富含二氧化碳的大气层，并指出它是一个富含氮的大气层，更类似于地球和土星的冰冷卫星泰坦。
“TRAPPIST-1e仍然是我们最引人注目的宜居带行星之一，这些新结果让我们更接近了解它是一个什么样的世界，”麻省理工学院行星科学教授、两项研究的合著者萨拉·西格在一份报告中说声明。"证据指向远离类似金星和火星的大气，这让我们更加关注仍在上演的场景."
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一个艺术家的概念展示了TRAPPIST-1行星系统。天文学家认为，该系统中有三颗行星在可居住区围绕恒星运行，那里可能存在液态水——如果这些行星有大气层的话。
JPL加州理工学院/美国国家航空航天局
Espinoza说，他的团队计划在年底前完成新一轮的15项观察，其中三分之二已经完成。如果该团队发现了无可辩驳的大气迹象，甚至可以保证更多的韦伯望远镜观测，以期检测到与地球生命相关的甲烷等气体的特定化学特征。
埃斯皮诺萨说，对大气的确认将是突破性的。“这将解决目前正在进行的关于这些红矮星系统是否能够维持大气的巨大争论，”他说。“红矮星实际上是宇宙中的大多数恒星。所以，如果它能在那里发生，它也能在任何地方发生。生命的可能性会成倍增加。”
然而，他说，即使排除了大气层，结果仍然令人兴奋，因为这将使地球上的生命更加特殊。它还将为未来的研究奠定基础，以观察围绕太阳等黄矮星运行的系外行星，使用比韦伯更强大的望远镜，这些望远镜仍处于规划阶段。
激动人心的，不完整的结果比利时列日大学天体生物学研究部门的研究主任米歇尔·吉伦说，詹姆斯·韦伯为TRAPPIST-1e获得的第一批结果非常令人兴奋。领导最初发现TRAPPIST-1系统的Gillon没有参与最近的研究。
“这些数据还不是决定性的，”他在一封电子邮件中补充道，“但它们证明了JWST有能力探测到类地大气，如果它存在的话。历史上第一次，我们真的有望在一颗潜在可居住的岩石系外行星周围发现大气层。”
TRAPPIST-1中的行星有一系列类似于类地行星在我们的太阳系里。华盛顿大学天文系教授埃里克·阿戈尔说，这些条件使它们成为表面液态水的潜在宿主，但它们需要大气来防止水在表面冻结或升华到太空。Agol没有参与这项研究，但他正与Espinoza和他的同事们一起研究新的观察结果。
根据Agol的说法，TRAPPIST-1 e是七颗行星中最有希望拥有类地大气的一颗。
“结果很有趣，但也不完整，”他在一封电子邮件中补充道。“我不知道TRAPPIST-1 e是否可能有类似地球的大气层，目前的研究没有影响我的观点。”
根据佛罗里达理工学院空间科学助理教授Howard Chen的说法，TRAPPIST-1e正好位于对立状态之间的“临界点”,这是基于他在一份新的研究周三发表在《天体物理学杂志快报》上。根据它的历史，这颗行星可能会变得极其干燥或富含水:“这意味着'裸露岩石'和'承载大气'的场景在物理上仍然是合理的，”他在一封电子邮件中补充道。陈没有参与这项新的研究。
他总结说，TRAPPIST-1e可能像它的内部邻居一样，形成为一个沙漠世界，或者形成为一个潮湿的、被海洋覆盖的星球。“JWST目前的数据还不能区分这些情景，但这种模糊性正是我们的模拟所预测的，”陈说。“TRAPPIST-1e可能非常干燥或非常潮湿的事实意味着接下来的几次JWST(观测)可能会提供一个戏剧性的揭示。”
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