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    環球速遞!讓人失望!40.7光年外這顆“超級地球”沒有大氣層,溫度達230℃

    在太陽系之外發現其他行星早已不是新鮮事,天文學家更想知道的是,那些系外行星之中有沒有像地球那樣的——表面覆蓋著大氣層,地表上有大量的液態水,最重要的還存在生命。


    (相關資料圖)

    雖然宇宙中可能存在超乎想象的外星生命形式,但因為地球是人類目前已知唯一有生命存在的星球,太陽系的其他星球上都沒有發現存在生命,所以在尋找外星生命時,地球的條件就會成為重要的參考。要是系外行星是宜居的,也許能成為未來人類在宇宙中的第二家園。

    目前,已知有70余顆潛在宜居的系外行星,其中最令天文學家感興趣之一的當屬TRAPPIST-1系統中的幾顆“超級地球”。在TRAPPIST-1系統中,存在7顆巖質行星,是除太陽系外已知擁有最多行星的系統。

    TRAPPIST-1距離地球大約40.7光年,在宇宙尺度下,這算是太陽系的近鄰。TRAPPIST-1是一顆紅矮星,質量只有太陽的9%。質量越低的恒星,每秒產生的能量越少,所以溫度也越低。這顆紅矮星的表面溫度只有2290℃,比太陽表面溫度低了3200℃。

    雖然TRAPPIST-1比太陽冷了很多,但它周圍的7顆行星都離主恒星非常近,所以行星可以接收到足夠多的熱量來維持表面溫度。距離最近的TRAPPIST-1b軌道半徑只有172萬公里,公轉周期僅為1.5天,其質量為地球的1.38倍,這是一顆超級地球。距離最遠的TRAPPIST-1h軌道半徑也只有926萬公里,公轉周期為18.8天。如果把這幾顆行星放到太陽系,它們的軌道都在水星的內側。

    此前,由于光學望遠鏡的觀測能力有限,并且恒星的亮度是行星的成百上千倍,所以天文學家無法進一步對該行星系統開展深入研究。直到詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)的到來,終于有機會揭開這個系統的神秘面紗。

    根據發表于《自然》(Nature)雜志的一項新研究[1],天文學家利用韋伯望遠鏡的中紅外設備,對該系統最內側的行星進行觀測,想要知道這顆行星是否擁有大氣層。不過,即便是強大的韋伯望遠鏡,也無法直接觀測到遙遠系外行星的大氣層,只能通過間接方法。

    韋伯先是觀測了TRAPPIST-1和1b發出的光,然后等到行星轉動到恒星的背后,再觀測恒星的光。通過兩次觀測結果,扣除掉恒星光之后,剩下來就是行星發出的光。

    根據TRAPPIST-1b發出的紅外輻射量來計算,這顆行星的表面溫度高達230℃。由于這顆行星被潮汐鎖定,一側永遠被照亮,另一側永遠是黑夜。如果它的表面存在大氣層,那么,黑夜和白天兩側就會進行熱量傳遞,白天那一側的溫度就不可能高到230℃,這意味著這顆行星的表面并沒有覆蓋著大氣層。

    該研究主導者、美國宇航局(NASA)天體物理學家Thomas Greene表示 :“一些理論小組預測,這顆行星會有稠密的大氣層,而另一些人則認為可能沒有。看到它沒有大氣層,我更感到失望而不是驚訝。”

    根據這項新研究,沒有大氣層的TRAPPIST-1b不可能是宜居的,表面沒有液態水,至少不存在類似于地球生命的外星生命。不過,該系統中的1d、1e、1f、1g四顆行星都被認為處在宜居帶內,未來可以對它們的大氣層進行觀測,從而探究它們是否宜居。

    當然,我們更希望能親眼去看看這個獨特的行星系統。但對于目前人類來說,這是遙不可及的夢想。因為40.7光年的距離對于我們來說還是太遠了,這相當于385萬億公里,以旅行者1號每秒17公里的速度,飛到那里需要72萬年的時間。即便速度能達到光速的10%,飛到那里也要407年的時間,這已經遠超人類的壽命。

    參考文獻

    [1] Thomas P. Greene, Taylor J. Bell, Elsa Ducrot, Achrène Dyrek, et al. Thermal Emission from the Earth-sized Exoplanet TRAPPIST-1 b using JWST, Nature, 2023, DOI: 10.1038/s41586-023-05951-7.

    責任編輯:Rex_29

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