【原】39光年外的超級(jí)地球，位于“太陽系2.0”中，會(huì)宜居嗎？

姿勢分子_ 2023-03-30 發(fā)布于遼寧

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迄今為止，天文學(xué)家已經(jīng)在宇宙中發(fā)現(xiàn)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(guān)注。

TRAPPIST-1距離我們大約39.13光年，這在宇宙中已經(jīng)算是相當(dāng)近的距離了。最特殊的是，它周圍已經(jīng)有7顆系外行星被發(fā)現(xiàn)，是迄今為止天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)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(rèn)為處在宜居帶內(nèi)，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(tài)的形式存在，這是孕育生命的最基礎(chǔ)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(shí)也是數(shù)量最多的一類恒星。因此，如果我們能對(duì)TRAPPIST-1的系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)觀測，就是對(duì)宇宙中最多的一類恒星中，擁有行星最多的一顆進(jìn)行觀測，具有更高的效率和代表性。正因?yàn)橛辛松厦孢@些特點(diǎn)，TRAPPIST-1成為了最受關(guān)注的恒星之一。

法國替代能源和原子能委員會(huì)（CEA）的天文學(xué)家Elsa Ducrot介紹道：“對(duì)它的觀測可以讓我們更容易地對(duì)較小的、較冷的恒星周圍的巖石行星進(jìn)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(tǒng)就是一個(gè)絕佳的實(shí)驗(yàn)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(biāo)。”

有這么好的觀測對(duì)象，天文學(xué)家怎么會(huì)視而不見呢？最近，美國宇航局利用強(qiáng)大的詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡對(duì)其中一顆行星進(jìn)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(zhuǎn)。這是一顆超級(jí)地球，半徑是地球的1.1倍，質(zhì)量是地球的1.4倍，是一個(gè)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(dá)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(xué)家非常感興趣，這也是天文學(xué)家第一次對(duì)這么小且這么冷的系外行星進(jìn)行的這么詳細(xì)的觀測——沒錯(cuò)，和以往進(jìn)行類似觀測的系外行星相比，它還算是涼爽的，因?yàn)槟切┫低庑行堑谋砻鏈囟绕毡槭撬奈粩?shù)……

在此之前，天文學(xué)家就利用哈勃、斯皮策等望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行過觀測，當(dāng)時(shí)的結(jié)果已經(jīng)排除了TRAPPIST-1b擁有松散大氣的可能性。即便如此，天文學(xué)家還無法排除它擁有一個(gè)相對(duì)濃厚、密集的大氣層的可能性，這是以往的觀測設(shè)備所無法回答的問題。

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

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

通過這顆行星運(yùn)行期間導(dǎo)致的亮度變化，以及對(duì)其反射光線的估算，天文學(xué)家就能判斷它能發(fā)出多少紅外輻射。我們知道，紅外線反映的是一個(gè)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(xué)家Pierre-Olivier Lagage介紹道：“這顆行星已經(jīng)被潮汐鎖定，其中一面永遠(yuǎn)對(duì)準(zhǔn)恒星，另一面則始終黑暗。如果它有大氣層，可以循環(huán)并重新分配熱量，那么白晝面就會(huì)比沒有大氣層的情況下溫度更低?！?/p>

作為當(dāng)今世界最強(qiáng)大的太空望遠(yuǎn)鏡，韋布擁有無與倫比的紅外觀測能力，是天文學(xué)家進(jìn)行本次觀測的關(guān)鍵。

研究人員對(duì)TRAPPIST-1b進(jìn)行了五次凌星現(xiàn)象的觀測，計(jì)算出它朝向恒星的一面溫度大約是230℃。根據(jù)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(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)模型中顯示的不同情況下的溫度數(shù)值進(jìn)行了比較，結(jié)果與一個(gè)由裸巖構(gòu)成的黑體和沒有大氣層來循環(huán)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(xiàn)象在觀測中如果有的話，是非常容易觀測到的。”

研究人員據(jù)此得出結(jié)論，這個(gè)太陽系2.0+超級(jí)地球的世界，其實(shí)并不是一個(gè)宜居的世界。

當(dāng)然了，天文學(xué)家原本也沒指望在這里發(fā)現(xiàn)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(qiáng)大的X射線，對(duì)附近的行星造成嚴(yán)重的摧殘。即便這些行星上原本有孕育生命的可能性，也會(huì)被恐怖的射線剝?nèi)ゴ髿鈱印?/p>

即便如此，TRAPPIST-1系統(tǒng)仍然具有很高的研究價(jià)值。就像美國宇航局艾姆斯研究中心的天體物理學(xué)家Thomas Greene說的，在銀河系內(nèi)，紅矮星的數(shù)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(shí)，有更高的概率發(fā)現(xiàn)類似地球的行星。