JWST 傳達(dá)有關(guān) TRAPPIST-1 星球生命的壞消息

當(dāng)全球事件讓我們思考人類是否有能力堅(jiān)持下去時(shí)，我們很自然地會(huì)想知道其他世界、其他生命、其他智慧物種，以及這些其他物種是否更適合在他們面臨的任何大過(guò)濾器中生存。

這些都是天方夜譚的想法，但它們有具體細(xì)節(jié)的想法的基礎(chǔ)。它首先要確定其他恒星周圍宜居帶中的哪些行星實(shí)際上可能是宜居的。

這始于液態(tài)水和可以容納它的對(duì)生命友好的氛圍。

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發(fā)現(xiàn)特拉普斯特-1幾年前，系統(tǒng)引起了很大的轟動(dòng)。它包含七個(gè)大致類似于地球的世界，其中三個(gè)或四個(gè)位于紅矮星緊湊的宜居帶內(nèi)。

根據(jù)一些研究，其中之一 TRAPPIST-1 d 可以在其表面或至少在其表面的一部分上容納水。但如果沒(méi)有合適的大氣層，行星就無(wú)法保留地表水，JWST 的新觀測(cè)表明 TRAPPIST-1 d 沒(méi)有類地大氣層。

JWST 于 2022 年 11 月使用其 NIRSpec/PRISM 儀器連續(xù)觀測(cè)了 TRAPPIST-1 d 的兩次凌日。來(lái)自加拿大、英國(guó)、法國(guó)和美國(guó)的研究人員分析了這些凌日的數(shù)據(jù)，得出的結(jié)論是，這顆有前途的系外行星沒(méi)有類地大氣層。

他們的結(jié)果發(fā)表在一篇論文中天體物理學(xué)雜志標(biāo)題為 ”對(duì)溫帶巖石系外地球 TRAPPIST-1 d 潛在次生大氣的嚴(yán)格限制。“ 主要作者是芝加哥大學(xué)和蒙特利爾大學(xué)特羅蒂爾系外行星研究所 （IREx） 的 Caroline Piaulet-Ghorayeb。

“雖然 TRAPPIST-1 d 可能被證明是一塊被殘酷的紅星照亮的貧瘠巖石，但外行星 TRAPPIST-1e、f、g 和 h 可能仍然擁有厚厚的大氣層?！?/p>

作者在他們的研究中寫(xiě)道：“附近的 TRAPPIST-1 系統(tǒng)擁有七顆小巖石行星，圍繞一顆晚期 M8 恒星運(yùn)行，為尋找溫帶類地世界中的次生大氣提供了前所未有的機(jī)會(huì)。

“在這里，我們展示了 TRAPPIST-1 d 的第一個(gè) 0.6–5.2 μm NIRSpec/PRISM 透射光譜，來(lái)自兩次 JWST 凌日?！?/p>

TRAPPIST-1 d 位于 TRAPPIST-1 宜居帶的內(nèi)邊緣。它是透射光譜的一個(gè)很好的目標(biāo)，這些 JWST 觀測(cè)提供了行星大氣層的第一個(gè)詳細(xì)透射光譜。不幸的是，光譜是平坦的，這意味著沒(méi)有可檢測(cè)到的大氣特征。

“最終，我們想知道像我們?cè)诘厍蛏舷硎艿沫h(huán)境這樣的東西是否可以存在于其他地方，以及在什么條件下存在。雖然詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡使我們能夠首次在地球大小的行星中探索這個(gè)問(wèn)題，但此時(shí)我們可以從潛在的地球雙胞胎或表親列表中排除 TRAPPIST-1 d，“主要作者 Piaulet-Ghorayeb 在一份聲明中說(shuō)新聞稿.

JWST 未能檢測(cè)到地球大氣中存在的分子類型，如甲烷、二氧化碳和水。然而，這并不能完全排除一種氛圍;還有其他幾種可能性。

“我們沒(méi)有檢測(cè)到 TRAPPIST-1 d 周圍的大氣層有幾個(gè)潛在原因。它可能有一個(gè)極其稀薄的大氣層，很難被發(fā)現(xiàn)，有點(diǎn)像火星.

“或者，它可能有非常厚的高空云層，阻礙了我們對(duì)特定大氣特征的探測(cè)——更像是金星.或者，它可能是一塊貧瘠的巖石，根本沒(méi)有大氣層，“Piaulet-Ghorayeb 說(shuō)。

研究 TRAPPIST-1 d 及其大氣層不僅僅是排除其宜居性。這涉及到更大的科學(xué)努力。

紅矮星或 M 矮星，如 TRAPPIST-1 很常見(jiàn)，并且可能是銀河系中數(shù)量最多的恒星類型。眾所周知，它們擁有自己的巖石世界，我們可以合理地懷疑生命是否持久。

但紅矮星也以其劇烈的耀斑而聞名，TRAPPIST-1 也不例外。它每隔幾天就會(huì)耀斑一次，每年會(huì)噴出四到六次超級(jí)耀斑.這種強(qiáng)大的耀斑活動(dòng)可以粉碎任何行星大氣層，使 TRAPPIST-1 行星適合居住。

然而，紅矮星耀斑和宜居性存在相當(dāng)大的不確定性。一些研究表明，面對(duì)來(lái)自恒星的日冕物質(zhì)拋射，行星無(wú)法保留大氣層。

但至少其中一些行星有可能保留它們的大氣層。例如，強(qiáng)大的行星磁場(chǎng)可以提供防止恒星耀斑的保護(hù)屏障。JWST 為了解紅矮星耀斑對(duì)大氣的影響開(kāi)辟了一條道路。

“韋伯靈敏的紅外儀器使我們能夠首次深入研究這些更小、更冷的行星的大氣層，”該研究的合著者、蒙特利爾大學(xué) IREx 的 Bj?rn Benneke 說(shuō)。

“我們實(shí)際上才剛剛開(kāi)始使用韋伯在地球大小的行星上尋找大氣層，并定義可以保持大氣層的行星和不能保持大氣層的行星之間的界限?！?/p>

JWST 光譜中的唯一特征歸因于恒星污染而不是大氣吸收。作者寫(xiě)道：“我們精確的透射光譜可以僅用恒星污染來(lái)完全解釋，因此使我們能夠排除各種潛在大氣金屬豐度的無(wú)云或厚大氣情況。

低分子量大氣層對(duì)行星來(lái)說(shuō)更難保留，這些觀測(cè)結(jié)果排除了這些類型的氫氣主導(dǎo)大氣層。觀測(cè)結(jié)果還排除了像金星或巨人的。

唯一剩下的是極其稀薄的大氣層，不太可能增強(qiáng)宜居性，或者由高云主導(dǎo)的大氣層，掩蓋了 JWST 的分子吸收特征。但這項(xiàng)研究實(shí)際上排除了它們。

“因此，我們得出結(jié)論，（1）我們的透射頻譜排除了厚厚的無(wú)云富氫大氣;（2）在恒星輻照下TRAPPIST-1 d的形成和演化背景下考慮TRAPPIST-1 d時(shí)，強(qiáng)烈反對(duì)稀薄的富含H2的替代品;（3） 如果 TRAPPIST-1 d 具有低金屬豐度大氣層，預(yù)計(jì)不會(huì)在 TRAPPIST-1 d 上形成高空云或霧霾，“研究人員解釋道。

這項(xiàng)工作幾乎可以肯定地將 TRAPPIST-1 d 從潛在宜居、支持水的系外行星列表中剔除。這是自然，所以 TRAPPIST-1 d 的消除并不是絕對(duì)確定的。

“我們的觀測(cè)還不能完全排除文獻(xiàn)中預(yù)測(cè)的 TRAPPIST-1 d 的其他潛在大氣情景，”作者解釋說(shuō)，并指出其他涉及氣候模型的研究暗示了這顆潮汐鎖定的行星可能會(huì)在其終結(jié)器處形成高空水云，從而阻擋大氣吸收信號(hào)。

但是系統(tǒng)中的其他行星呢？

“TRAPPIST-1 行星周圍的大氣層并沒(méi)有失去所有希望，”Piaulet-Ghorayeb 說(shuō)?！半m然我們沒(méi)有在 d 行星上發(fā)現(xiàn)一個(gè)大而大膽的大氣特征，但外行星仍有可能保留大量水和其他大氣成分?！?/p>

然而，外行星并不是 d 行星那樣有趣的科學(xué)目標(biāo)。它們離星星更遠(yuǎn)，也更冷。即使是 JWST 的強(qiáng)大儀器也在這種情況下舉步維艱。雖然沒(méi)有這些世界的詳細(xì)光譜，但研究人員仍然得出了一些結(jié)論。

“我們發(fā)現(xiàn)，即使 TRAPPIST-1 d 的大氣層完全損失也不排除外 HZ 行星 TRAPPIST-1 e、f 和 g 的大氣層存在，”作者在結(jié)論中寫(xiě)道。與內(nèi)行星相反，這些外行星有可能保留著它們的水，“即使它們最初只吸積了幾個(gè)地球海洋的揮發(fā)物”。

“我們的偵探工作才剛剛開(kāi)始。雖然 TRAPPIST-1 d 可能被證明是一塊被殘酷的紅星照亮的貧瘠巖石，但外行星 TRAPPIST-1e、f、g 和 h 可能仍然擁有厚厚的大氣層，“該論文的合著者瑞安·麥克唐納 （Ryan MacDonald） 補(bǔ)充道，他現(xiàn)在在英國(guó)圣安德魯斯大學(xué)，之前在密歇根大學(xué)。

“多虧了韋伯，我們現(xiàn)在知道 TRAPPIST-1 d 與一個(gè)熱情好客的世界相去甚遠(yuǎn)。我們了解到地球在宇宙中更加特殊。

作為一個(gè)人意味著見(jiàn)證人類最偉大、最勝利的成就和團(tuán)結(jié)時(shí)刻，也意味著見(jiàn)證我們對(duì)彼此采取的墮落行為。

有思想的人一定會(huì)懷疑是否有其他世界可以容納生命。每個(gè)潛在的宜居世界都是一線希望，即人類盡管有種種掙扎，但并不是唯一的智慧物種。

如果我們仰望天空和系外行星，以某種方式緩解人類的麻煩，TRAPPIST-1 d 不會(huì)提供它。如果這項(xiàng)研究是正確的，那么它就會(huì)從激發(fā)希望的系外行星名單中剔除。

繼續(xù)下一個(gè)。

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