新研究為圍繞恒星TRAPPIST-1的七顆行星提供了最新的氣候模型
不是所有的恒星都像太陽，所以不是所有的行星系統(tǒng)都可以用同樣的期望來研究。華盛頓大學(xué)(University of washington)領(lǐng)導(dǎo)的一個天文學(xué)家團(tuán)隊進(jìn)行了一項新研究，為圍繞特拉普斯特-1恒星的七顆行星提供了最新的氣候模型。這項工作還可以幫助天文學(xué)家更有效地研究與太陽不同的恒星周圍的行星，更好地利用詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡有限的、昂貴的資源。
“我們正在模擬不熟悉的大氣層，而不僅僅是假設(shè)我們在太陽系中看到的東西在另一顆恒星周圍的樣子是一樣的，”亞利桑那州立大學(xué)博士生林考斯基(Andrew Lincowski)說。“我們進(jìn)行這項研究是為了展示這些不同類型的大氣層可能是什么樣子。”簡而言之，研究小組發(fā)現(xiàn)，由于早期恒星階段溫度極高、亮度極高，這顆恒星的所有7個行星可能都像金星一樣演化，它們的任何早期海洋可能都在蒸發(fā)，留下稠密的、不宜居住的大氣層。然而，正如之前的研究也表明的那樣，有一顆行星，trappist - 1e，可能是一個類似地球的海洋世界，值得進(jìn)一步研究。
特拉普斯特-1距離我們39光年，約235萬億英里，它和恒星一樣小，而且仍然是恒星。一顆相對較冷的“M矮星”——宇宙中最常見的一種——質(zhì)量約為太陽的9%，半徑約為太陽的12%。TRAPPIST-1的半徑只比木星稍大一點，盡管它的質(zhì)量要大得多。七TRAPPIST-1的地球大小的行星,其中三個行星標(biāo)記e、f和g -被認(rèn)為是宜居區(qū),周圍的空間一個明星,一顆巖石行星可能有液態(tài)水的存在,從而給生活一個機會。特拉普斯特-1 d位于宜居帶的內(nèi)邊緣，而更遠(yuǎn)的特拉普斯特-1 h軌道剛好經(jīng)過該區(qū)域的外邊緣。林考斯基說:“這是一個完整的行星序列，它可以讓我們了解行星的演化，特別是圍繞一顆與我們的恒星非常不同的恒星，恒星發(fā)出不同的光。”“這只是一座金礦。”林考斯基說，以前的論文已經(jīng)建立了trappsts -1的模型，但他和這個研究團(tuán)隊“試圖在輻射和化學(xué)方面做我們能做的最嚴(yán)格的物理模型——試圖讓物理和化學(xué)盡可能正確。”
該團(tuán)隊的輻射和化學(xué)模型為每一種可能的大氣氣體創(chuàng)建了光譜(或波長)特征，使觀測者能夠更好地預(yù)測在外部行星大氣中尋找這類氣體的位置。Lincowski說,當(dāng)氣體實際上韋伯望遠(yuǎn)鏡探測到的痕跡,或其他的,有一天,”天文學(xué)家將使用觀測的光譜來推斷起伏擺動氣體存在,相比之下,像我們這樣的工作說一些關(guān)于地球的組成、環(huán)境,也許它的進(jìn)化歷史。”他說，人們已經(jīng)習(xí)慣思考類似太陽的恒星周圍行星的可居住性。“但是M矮星是非常不同的，所以你必須考慮化學(xué)物質(zhì)對大氣的影響，以及這種化學(xué)物質(zhì)如何影響氣候。”將陸地氣候模型與光化學(xué)模型相結(jié)合，研究人員模擬了TRAPPIST-1上每個行星的環(huán)境狀態(tài)。
他們的模型表明:
離這顆恒星最近的trappist - 1b行星是一個熾熱的世界，它太熱了，甚至形成不了像金星上那樣的硫酸云。
行星c和d從它們的恒星接收到的能量比金星和地球從太陽接收到的能量略多一些，而且它們可能是類金星的，有著稠密的、不宜居住的大氣層。
TRAPPIST-1 e是七種化合物中最有可能在溫和的表面上承載液態(tài)水的，在考慮到可居住性的情況下，它將是進(jìn)一步研究的最佳選擇。
外行星f、g和h可能是類金星，也可能是冰凍的，這取決于行星在演化過程中形成了多少水。
林考斯基說，實際上，特拉普斯特-1的任何或所有行星都可能是類金星，任何水或海洋都可能被長期燃燒殆盡。他解釋說，當(dāng)水從行星表面蒸發(fā)時，恒星發(fā)出的紫外線會分解水分子，釋放出最輕的元素氫，而氫可以逃脫行星的引力。這會留下大量的氧氣，這些氧氣會留在大氣中，并不可逆轉(zhuǎn)地把水從地球上帶走。這樣的行星可能有一層厚厚的氧氣大氣層——但不是由生命產(chǎn)生的，與目前觀察到的任何東西都不同。
他說:“如果這些行星最初比地球、金星或火星擁有更多的水，這可能成為可能。”“如果特拉普斯特-1 e行星在這一階段沒有失去所有的水，今天它可能是一個水世界，完全被全球海洋覆蓋。”在這種情況下，它的氣候可能與地球相似。林考斯基說，這項研究更多的是著眼于氣候變化，而不是判斷行星的可居住性。他計劃未來的研究更直接地集中在模擬水行星和它們的生命機會上。“在我們知道這個行星系統(tǒng)之前，對地球大小的行星大氣探測能力的估計看起來要困難得多，”合著者、弗吉尼亞大學(xué)天文學(xué)博士生雅各布·呂斯蒂格-耶格爾(Jacob Lustig-Yaeger)說。他說，這顆恒星如此之小，將會使行星大氣層中氣體(如二氧化碳)的特征在望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)中更加明顯。“我們的工作告訴科學(xué)界，我們可能會通過即將推出的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡看到特拉普斯特-1行星。”
林考斯基的另一位合著者是維多利亞·梅多斯，她是弗吉尼亞大學(xué)天文學(xué)教授，梅多斯說:“塑造類地行星演化的過程，對于類地行星是否適宜居住，以及我們解讀可能存在的生命跡象的能力，都至關(guān)重要。”“這篇論文表明，我們可能很快就能在外星世界中尋找這些過程的潛在可探測跡象。”位于水瓶座的TRAPPIST-1以陸基凌日行星和星子小型望遠(yuǎn)鏡命名。2015年，該望遠(yuǎn)鏡首次發(fā)現(xiàn)了圍繞它的行星。
