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原作：NASA Webb Mission Team

翻譯：顏子軒

編排：鄧宇

后臺：李子琦

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

科學(xué)家正在使用 NASA 的詹姆斯·韋布太空望遠鏡（JWST）觀測系外行星TRAPPIST-1 e。對迄今結(jié)果的仔細分析呈現(xiàn)了關(guān)于該行星大氣和表面若干潛在情景。NASA 的科學(xué)任務(wù)正在為回答“我們在宇宙中真的孤獨存在嗎？”這一問題奠定關(guān)鍵基礎(chǔ)。

來自巴爾的摩太空望遠鏡科學(xué)研究所的首席研究員 Néstor Espinoza 表示：“韋布的紅外儀器正在為我們提供前所未有的細節(jié)。我們迄今獲得的關(guān)于該行星的四次觀測結(jié)果，展示了未來更多數(shù)據(jù)到來時我們將可以研究的范圍?！?該團隊的兩篇論文已發(fā)表于《天體物理學(xué)快報》。

這幅藝術(shù)圖描繪了劇烈活動的紅矮星 TRAPPIST-1 以及其最靠近的四顆軌道行星。 圖片來源：NASA、ESA、CSA、STScI、Joseph Olmsted (STScI)

在 TRAPPIST-1 系統(tǒng)的七顆地球大小行星中，TRAPPIST-1 e 尤為引人注目，因為它位于一條距離恰當(dāng)?shù)能壍郎?，理論上表面可能存在液態(tài)水——既不太熱，也不太冷，但前提是它擁有大氣。這正是韋布望遠鏡發(fā)揮作用的地方。研究人員將其強大的近紅外光譜儀對準該系統(tǒng)，捕捉該行星掠過恒星前方的時刻。若行星有大氣，透過大氣層的部分恒星光會被吸收。通過光譜的細微變化，天文學(xué)家可以推斷其中可能的化學(xué)成分。隨著觀測次數(shù)的增加，大氣成分會變得更加清晰。

原始大氣不太可能存在

盡管目前只分析了四次觀測，仍有多種可能性，但研究人員相當(dāng)有信心該行星已不再擁有由氫氦主導(dǎo)的原始大氣。TRAPPIST-1 是一顆活動極其活躍的恒星，頻繁爆發(fā)耀斑，因此任何氫氦大氣早已被恒星輻射剝離。但許多行星（包括地球）在失去原始大氣后會重新積累較重的次生大氣。對 TRAPPIST-1 e 而言，它可能未能做到這一點。不過研究人員表示，它擁有大氣的可能還仍然存在。他們開發(fā)了新的方法來分析 JWST 數(shù)據(jù)，以推斷該行星可能的大氣與表面環(huán)境。

更少的可能性

研究人員表示，TRAPPIST-1 e 不太可能擁有類似金星那樣濃厚或火星那樣稀薄的二氧化碳主導(dǎo)大氣。然而，他們也強調(diào)：與太陽系沒有直接可比之處。

康奈爾大學(xué)天文學(xué)副教授、研究團隊成員 Nikole Lewis 指出：“TRAPPIST-1 與太陽完全不同，因此其行星系統(tǒng)也與眾不同，這對我們的觀測與理論假設(shè)都是挑戰(zhàn)。”

如果 TRAPPIST-1 e 上確實存在液態(tài)水，研究人員認為它會伴隨著溫室效應(yīng)，其中各種氣體（尤其是二氧化碳）維持大氣穩(wěn)定并讓行星保持溫暖。

Lewis 表示：“一點點溫室效應(yīng)就會產(chǎn)生巨大影響?！?測量結(jié)果并未排除足夠的二氧化碳以維持部分表面水體。根據(jù)團隊的分析，水可能表現(xiàn)為覆蓋全球的海洋，或者存在于恒星“永晝”區(qū)域的小面積水體周圍，其余地區(qū)則被冰覆蓋。這是因為 TRAPPIST-1 系統(tǒng)的行星都很小，且距離恒星極近，預(yù)計它們均為潮汐鎖定：一面永遠面對恒星，另一面永遠處于黑暗。

創(chuàng)新的新方法

Espinoza 和約翰斯·霍普金斯大學(xué)的 Natalie Allen 正帶領(lǐng)團隊進行 15 次額外觀測，并采用一種創(chuàng)新方法：他們安排望遠鏡同時捕捉行星 b 和行星 e 幾乎連續(xù)的凌日。此前 JWST 對最靠近的行星 b 的觀測表明，它幾乎肯定是一塊沒有大氣的巖石星球。因此，行星 b 凌日時的信號可歸因于恒星本身。而行星 e 在幾乎同一時間凌日，由此恒星變異帶來的干擾更少。科學(xué)家計劃對比兩顆行星的數(shù)據(jù)，任何僅出現(xiàn)在 e 光譜中的化學(xué)特征都可歸于它的大氣。

MIT Kavli 天體物理與空間研究所的博士后 Ana Glidden（領(lǐng)導(dǎo) e 行星大氣研究）表示：“我們?nèi)蕴幵谟庙f布開展這類驚人科學(xué)的早期階段。能在 40 光年外測量環(huán)繞地球大小行星的恒星光細節(jié)，并了解那里的環(huán)境是否適合生命，令人難以置信。這是探索新時代的一部分，令人興奮。”

責(zé)任編輯：陳瑋菁

牧夫新媒體編輯部

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