寻找第二个地球？韦布望远镜瞄准TRAPPIST-1 e

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原作：NASA Webb Mission Team

翻译：颜子轩

编排：邓宇

后台：李子琦

https://skyandtelescope.org/astronomy-news/closest-black-hole-doesnt-exist-after-all/

科学家正在使用 NASA 的詹姆斯·韦布太空望远镜（JWST）观测系外行星TRAPPIST-1 e。对迄今结果的仔细分析呈现了关于该行星大气和表面若干潜在情景。NASA 的科学任务正在为回答“我们在宇宙中真的孤独存在吗？”这一问题奠定关键基础。

来自巴尔的摩太空望远镜科学研究所的首席研究员 Néstor Espinoza 表示：“韦布的红外仪器正在为我们提供前所未有的细节。我们迄今获得的关于该行星的四次观测结果，展示了未来更多数据到来时我们将可以研究的范围。” 该团队的两篇论文已发表于《天体物理学快报》。

这幅艺术图描绘了剧烈活动的红矮星 TRAPPIST-1 以及其最靠近的四颗轨道行星。 图片来源：NASA、ESA、CSA、STScI、Joseph Olmsted (STScI)

在 TRAPPIST-1 系统的七颗地球大小行星中，TRAPPIST-1 e 尤为引人注目，因为它位于一条距离恰当的轨道上，理论上表面可能存在液态水——既不太热，也不太冷，但前提是它拥有大气。这正是韦布望远镜发挥作用的地方。研究人员将其强大的近红外光谱仪对准该系统，捕捉该行星掠过恒星前方的时刻。若行星有大气，透过大气层的部分恒星光会被吸收。通过光谱的细微变化，天文学家可以推断其中可能的化学成分。随着观测次数的增加，大气成分会变得更加清晰。

原始大气不太可能存在

尽管目前只分析了四次观测，仍有多种可能性，但研究人员相当有信心该行星已不再拥有由氢氦主导的原始大气。TRAPPIST-1 是一颗活动极其活跃的恒星，频繁爆发耀斑，因此任何氢氦大气早已被恒星辐射剥离。但许多行星（包括地球）在失去原始大气后会重新积累较重的次生大气。对 TRAPPIST-1 e 而言，它可能未能做到这一点。不过研究人员表示，它拥有大气的可能还仍然存在。他们开发了新的方法来分析 JWST 数据，以推断该行星可能的大气与表面环境。

更少的可能性

研究人员表示，TRAPPIST-1 e 不太可能拥有类似金星那样浓厚或火星那样稀薄的二氧化碳主导大气。然而，他们也强调：与太阳系没有直接可比之处。

康奈尔大学天文学副教授、研究团队成员 Nikole Lewis 指出：“TRAPPIST-1 与太阳完全不同，因此其行星系统也与众不同，这对我们的观测与理论假设都是挑战。”

如果 TRAPPIST-1 e 上确实存在液态水，研究人员认为它会伴随着温室效应，其中各种气体（尤其是二氧化碳）维持大气稳定并让行星保持温暖。

Lewis 表示：“一点点温室效应就会产生巨大影响。” 测量结果并未排除足够的二氧化碳以维持部分表面水体。根据团队的分析，水可能表现为覆盖全球的海洋，或者存在于恒星“永昼”区域的小面积水体周围，其余地区则被冰覆盖。这是因为 TRAPPIST-1 系统的行星都很小，且距离恒星极近，预计它们均为潮汐锁定：一面永远面对恒星，另一面永远处于黑暗。

创新的新方法

Espinoza 和约翰斯·霍普金斯大学的 Natalie Allen 正带领团队进行 15 次额外观测，并采用一种创新方法：他们安排望远镜同时捕捉行星 b 和行星 e 几乎连续的凌日。此前 JWST 对最靠近的行星 b 的观测表明，它几乎肯定是一块没有大气的岩石星球。因此，行星 b 凌日时的信号可归因于恒星本身。而行星 e 在几乎同一时间凌日，由此恒星变异带来的干扰更少。科学家计划对比两颗行星的数据，任何仅出现在 e 光谱中的化学特征都可归于它的大气。

MIT Kavli 天体物理与空间研究所的博士后 Ana Glidden（领导 e 行星大气研究）表示：“我们仍处在用韦布开展这类惊人科学的早期阶段。能在 40 光年外测量环绕地球大小行星的恒星光细节，并了解那里的环境是否适合生命，令人难以置信。这是探索新时代的一部分，令人兴奋。”

责任编辑：陈玮菁

牧夫新媒体编辑部

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