一個國際研究小組使用宇航局的詹姆斯韋伯太空望遠鏡計算了來自巖石系外行星 TRAPPIST-1 c 的熱能。結(jié)果表明，這顆行星的大氣層——如果存在的話——非常稀薄。

TRAPPIST-1 c 的日間溫度約為 380 開爾文(約 225 華氏度)，現(xiàn)在是根據(jù)熱輻射表征的最冷的巖石系外 行星。這些測量所需的精度進一步證明了韋伯在描述與我們太陽系中的巖石系外行星大小和溫度相似的巖石系外行星方面的實用性。

這一結(jié)果標志著在確定圍繞像 TRAPPIST-1(銀河系中最常見的恒星類型)這樣的小紅矮星運行的行星是否 能夠維持我們所知的生命所需的大氣層方面又邁出了一步。

【資料圖】

“我們想知道巖石行星是否有大氣層，”德國馬克斯普朗克天文學研究所的研究生、今天發(fā)表在《自然》雜志上的結(jié)果的第一作者塞巴斯蒂安齊巴 說。“過去，我們只能真正研究大氣層厚且富氫的行星。有了韋伯，我們終于可以開始尋找以氧氣、氮氣和二氧化碳為主的大氣層。”

“TRAPPIST-1 c 很有趣，因為它基本上是金星的雙胞胎：它的大小與金星差不多，并且從其宿主恒星接收的輻射量與金星從太陽接收的輻射量相似，”共同作者 Laura Kreidberg 解釋說，同樣來自 Max普朗克?！拔覀冋J為它可能像金星一樣擁有厚厚的二氧化碳大氣層。”

TRAPPIST-1 c 是圍繞距地球 40 光年的超冷紅矮星(或 M 矮星)運行的七顆巖石行星之一 。盡管這些行星在大小和質(zhì)量上與我們太陽系內(nèi)的巖石行星相似，但尚不清楚它們是否確實具有相似的大氣層。在它們生命的最初十億年里，M 型矮星會發(fā)出明亮的 X 射線和紫外線輻射，可以輕易地剝離年輕行星的大氣層。此外，在行星形成時，可能有也可能沒有足夠的水、二氧化碳和其他揮發(fā)物來形成大量的大氣層。

為了解決這些問題，該團隊使用 MIRI(韋伯的中紅外儀器)在行星移動到恒星后面時在四個不同的場合觀察了 TRAPPIST-1 系統(tǒng)，這種現(xiàn)象被稱為二次 日食。通過比較行星在恒星后面時的亮度(僅限星光)與行星在恒星旁邊時的亮度(來自恒星和行星的光的總和)，該團隊能夠計算出波長為地球日面釋放出 15 微米。

這種方法與另一個研究小組用來確定系統(tǒng)中最內(nèi)層的行星TRAPPIST-1 b可能沒有任何大氣層的方法相同 。

行星發(fā)出的中紅外光量與其溫度直接相關(guān)，而溫度又受大氣影響。二氧化碳氣體優(yōu)先吸收 15 微米的光，使行星在該波長下顯得更暗。然而，云可以反射光線，使地球看起來更亮并掩蓋二氧化碳的存在。

此外，任何成分的大量大氣都會將熱量從白天重新分配到夜晚，導(dǎo)致白天溫度低于沒有大氣時的溫度。(因為 TRAPPIST-1 c 的軌道離它的恒星很近——大約是金星和太陽之間距離的 1/50——它 被認為被潮汐鎖定，一側(cè)處于永恒的白天，另一側(cè)處于無盡的黑暗中。)

盡管這些初始測量并未提供有關(guān) TRAPPIST-1 c 性質(zhì)的明確信息，但它們確實有助于縮小可能的可能性?！拔覀兊?結(jié)果與 這顆行星是一塊沒有大氣層的裸露巖石，或者這顆行星的 CO 2 大氣非常稀薄(比地球甚至火星上的都稀薄)且沒有云層是一致的，”Zieba 說?！叭绻@顆行星有濃厚的 CO2大氣層 ，我們就會觀察到一次非常淺的二次日食，或者根本看不到。這是因為 CO 2 會吸收所有 15 微米的光，所以我們不會檢測到任何來自地球的光?！?/p>

數(shù)據(jù)還表明，這顆行星不太可能是真正的金星模擬物，具有厚厚的 CO 2 大氣層和硫酸云。

沒有厚厚的大氣層表明這顆行星可能是在水相對較少的情況下形成的。如果更冷、更溫和的 TRAPPIST-1 行星是在類似的條件下形成的，那么它們也可能是在形成宜居行星所需的水和其他必要成分很少的情況下開始的。

在如此遙遠的一顆小行星上區(qū)分各種大氣情景所需的靈敏度確實非常了不起。韋伯在二次日食期間檢測到的亮度下降僅為 0.04%：相當于觀看 10,000 個小燈泡的顯示屏并注意到只有四個熄滅了。

Kreidberg 說：“我們可以測量這一點，這真是太棒了。” “幾十年來，關(guān)于巖石行星能否保持大氣層的問題一直存在。韋伯的能力確實讓我們進入了一種狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，我們可以開始以前所未有的方式將系外行星系統(tǒng)與我們的太陽系進行比較。”

這項研究是作為韋伯的 一般觀察員 (GO) 計劃 2304的一部分進行的，該計劃是韋伯科學第一年的八個計劃之一，旨在幫助全面表征 TRAPPIST-1 系統(tǒng)。明年，研究人員將進行 后續(xù)調(diào)查 ，以觀察 TRAPPIST-1 b 和 TRAPPIST-1 c 的完整軌道 。這將使我們有可能看到兩顆行星從白天到夜晚的溫度如何變化，并將進一步限制它們是否有大氣層。