“TRAPPIST-1”类太阳系系统的行星可能有水

TRAPPIST-1 类太阳系在几年前被观测到时引起了极大的兴趣。2016年，天文学家使用智利拉西拉天文台的凌日行星和星子小型望远镜（TRAPPIST），探测到两颗围绕这颗红矮星运行的岩石行星，这颗红矮星被命名为TRAPPIST-1。然后，在2017年，一项更深入的分析发现了另外五颗岩石行星。

这是一个非凡的发现，特别是因为其中多达四颗行星与恒星的距离合适，可以存在液态水。

现在，TRAPPIST-1系统仍然得到了很多科学关注。对于行星科学家来说，恒星可居住区内潜在的类地行星就像磁铁一样具有无穷的吸引力。

在一个系统中发现7颗这样的行星是一个独特的科学机会，可以研究有关系外行星可居住性的各种相互关联的问题。TRAPPIST-1是一颗红矮星，关于系外行星可居住性的最突出问题之一与红矮星（M矮星）有关。这些恒星和它们强大的耀斑会把大气层从它们的行星上赶走吗？

《行星科学杂志》上的一项新研究调查了TRAPPIST-1系统行星上的大气逃逸。它的标题是“热流体力学大气逃逸对Trappist-1行星的影响”。华盛顿大学天文学和天体生物学专业的研究生梅根·贾卢卡（Megan Gialluca）是该研究的主要作者。

银河系中的大多数恒星都是M型矮星。正如TRAPPIST-1所表明的那样，它们可以容纳许多类地行星。在这类恒星周围，木星大小的大型行星相对较少。

很有可能大多数类地行星都围绕M矮星运行。

但M矮星的耀斑是一个已知的问题。虽然M矮星的质量远不如太阳，但它们的耀斑比太阳发出的任何东西都要高能得多。一些M矮星耀斑可以在几分钟内使恒星的亮度增加一倍。

另一个问题是潮汐锁定。由于M矮星释放的能量较少，它们的宜居带比像太阳这样的主序星周围的区域要近得多。这意味着，潜在的宜居行星更有可能被潮汐锁定在它们的恒星上。

这给宜居性造成了一系列障碍。地球的一侧将承受燃烧的冲击并变暖，而另一侧将永远黑暗和寒冷。如果有大气层，可能会有非常强大的风。

作者写道：“由于M矮星是我们所在恒星附近最常见的恒星，它们的行星系统是否能够孕育生命，是天体生物学中的一个关键问题，可能会在短期内进行观测测试。”他们解释说：“对M矮星宿主的大气特征感兴趣的类地行星目标可以用JWST访问。”他们还指出，未来的大型地面望远镜，如欧洲超大望远镜和巨型麦哲伦望远镜也可能有所帮助，但它们还需要数年时间才能投入使用。

红矮星及其行星比其他恒星及其行星更容易观测。红矮星又小又暗，这意味着它们的光线不会像其他主序星那样淹没行星。但是，尽管它们的亮度较低，体积较小，但它们对宜居性提出了挑战。

与其他恒星相比，M矮星的主序前阶段较长，在这段时间内最亮。一旦它们进入主星序，与太阳这样的恒星相比，它们的恒星活动就会增强。这些因素都可以将大气层从附近的行星上驱离。即使没有耀斑，距离Trappist-1最近的行星（以下简称T-1）接收的辐射也是地球的四倍。

作者写道：“除了光度的演变，恒星活动的增加也增加了M矮星的恒星XUV，这增加了大气的损失。”这也会造成生物特征的假阳性，从而使理解行星大气光谱变得困难。M矮星周围的系外行星预计会有以非生物氧为主的厚厚的大气层。

尽管面临挑战，T-1系统是研究M矮星、大气逃逸和岩石行星可居住性的绝佳机会。“TRAPPIST-1是JWST一般和保证时间观测的高优先级目标，”作者写道。JWST观测了T-1系统的一部分，这些数据是这项工作的一部分。

在这项工作中，研究人员模拟了每个T-1行星的早期大气，包括陆地海洋（TO）中不同的初始水量。他们还模拟了不同时间内不同数量的恒星辐射。他们的模拟使用了T-1行星的最新数据，并使用了各种不同的行星演化轨迹。

结果并不好，特别是对于离红矮星最近的行星。

研究人员解释说：“我们发现，内部行星T-1b、c和d除了最大的初始含水量（分别>60、50和30 TO）外，其他行星可能都是干燥的，而且由于它们靠近主星，完全失去大气的风险最大。”然而，根据它们最初的TO，它们可以保留大量的氧气。氧气可能是生物特征的假阳性。

外行星的情况要好一点。它们可以保留一些水分，除非它们的初始水分低至约1 TO。他们写道：“我们发现T-1e、f、g和h最多分别损失约8.0、4.8、3.4和0.8 TO。”。这些外行星可能也比内行星含有更多的氧气。由于T-1e、f和g都在恒星的宜居带内，这是一个有趣的结果。

T-1c特别令人感兴趣，因为在他们的模拟中，无论初始TO是高还是低，它都保留了最多的大气氧气。

T-1行星的潜在可居住性是系外行星科学中的一个重要问题。恒星的类型，岩石行星的数量，以及观测的便利性都使它成为观测目标的首选。如果我们不了解这个系统，我们就永远不会真正了解系外行星的可居住性。更好地理解它的唯一方法是更彻底地观察它。

作者在他们的结论中写道：“这些结论激发了后续观测，以寻找T-1c上是否存在水蒸气或氧气，以及未来对TRAPPIST-1系统中可能拥有大量水的外行星的观测。”

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