哈勃迈出大气观测第一步,带你探索TRAPPIST

原标题:有“岩”又含水 – 带你探索TRAPPIST-1行星系统的神奇世界

TRAPPIST-1行星可能富含水分。

皇家赌场hj883官网 1两颗地球大小的行星,绕着40光年以外的一颗红矮星旋转。借助一次罕见的双重凌星现象,哈勃空间望远镜对它们的大气进行了观测,暗示这两颗行星很可能像地球一样由岩石构成——这进一步增强了这两颗行星适宜生命生存的可能性。图片来源: NASA,ESA,以及G.
Bacon (STScI)

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利用NASA的哈勃空间望远镜,天文学家对温暖的地球大小太阳系外行星的大气层进行了首次探测,并找到了迹象进一步增加了两颗太阳系外行星上适合生命生存的可能性。

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2016年,在ESO’s La
Silla天文台的TRAPPIST-South望远镜首次探测到离地球只有40光年的暗红色恒星TRAPPIST-1的行星。在接下来的一年里,来自地面望远镜的进一步观察,包括ESO的超大望远镜和NASA的斯皮策太空望远镜,揭示了系统中至少有7颗行星,每颗都和地球差不多大小。它们被命名为TRAPPIST-1b,c,d,e,f,g和h,与中心星的距离越来越大[1]。

确切说来,他们发现距离地球大约40光年的两颗太阳系外行星TRAPPIST-1b和TRAPPIST-1c,不太可能像气态行星那样,拥有以氢气为主的蓬松大气。

作者 : Nola Taylor Redd, space.com撰稿人

现在已经有了进一步的观测,包括地面上的望远镜,包括在ESO的帕纳尔天文台附近的完整的SPECULOOS设施,以及NASA的斯皮策太空望远镜和开普勒太空望远镜。瑞士伯尔尼大学(University
of Bern)的西蒙·格林(Simon
Grimm)领导的一个科学家小组,现在已经将非常复杂的计算机建模方法应用于所有可用的数据,并以比以前更精确的精度确定了行星的密度[2]。

“没有令人窒息的氢-氦气体包层,增加了这些行星适合生命生存的可能性。”科学团队成员、美国太空望远镜科学研究所(STScI)的尼科尔·刘易斯(Nikole
Lewis)说,“如果它们有明显的氢-氦气体包层,那其中的任何一颗就都没有机会维持生命了,因为稠密的大气会起到温室一样的效果。”

编译 : 王茸

Simon Grimm解释了人们是如何发现的:“trappi
-1行星是如此紧密地结合在一起,以至于它们会相互干扰,所以当它们在恒星前经过时,会有轻微的变化。这些变化取决于行星的质量、距离和其他轨道参数。使用计算机模型,我们模拟行星的轨道,直到计算的过渡与观测值一致,从而得出行星质量。

美国麻省理工学院的朱利恩·德维特(Julien de
Wit)带领一个科学家团队,利用哈勃望远镜上的第3代广域照相机,在近红外波段观测了这些行星。他们利用光谱分析解码了星光,揭示出了大气层中化学构成的线索。尽管这些行星的大气层中确切的化学成分仍然未知,还必须等待未来的进一步观测,但氢和氦含量不高已经让科学家兴奋不已。

校对 : 杨伯顺 王婧彧

团队成员埃里克·阿格尔对这一事件的意义发表了评论:“一段时间以来,系外行星研究的目标是探索行星在大小和温度上的组成。TRAPPIST-1的发现和在智利的ESO设备和NASA的斯必泽太空望远镜在轨道上的能力使这成为可能——让我们第一次看到地球大小的系外行星是由什么组成的皇家赌场hj883官网,!

“哈勃望远镜的这些初步观测,已经迈出了大有希望的第一步,让我们更加了解这些邻近的世界,是否像地球一样由岩石构成,是否能够维持生命。”NASA科学任务董事会执行副主席杰夫·约德(Geoff
Yoder)说,“对于NASA和太阳系外行星研究来说,这是一个令人激动的时刻。”

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当与行星的组成模型相结合时,密度的测量强烈地表明,这7个trappi
-1行星不是贫瘠的岩石世界。它们似乎含有大量的挥发性物质,很可能是水[3],在某些情况下达到了地球质量的5%——这是一个巨大的量;相比之下,地球的质量只有0.02%。

这些行星绕着宝瓶座的一颗红矮星旋转,年龄至少有5亿年。它们是在2015年底由TRAPPIST的一系列观测发现的,这是一套比利时的远程自动望远镜,安置在欧洲南方天文台位于智利的拉西拉天文台内。

关于TRAPPIST-1系统中7颗行星的艺术想象图。

“密度,虽然是行星组成的重要线索,但对可居住性却只字不提。然而,我们的研究是向前迈出的重要一步,因为我们将继续探索这些行星是否能够支持生命。

TRAPPIST-1b绕这颗红矮星旋转一圈需要1.5天,TRAPPIST-1c则需要2.4天。这两颗行星到恒星的距离,介于地球到太阳距离的1/100到1/20之间。由于它们的恒星要比我们的太阳黯淡许多,研究者认为至少其中一颗行星位于这颗恒星的宜居带内,表面温度适合水以液态形式存在,也可能两颗行星都在宜居带中。

其中大多数行星富含挥发性物质(诸如水)。

TRAPPIST-1b和c是最内层的行星,它们可能有多岩石的岩心,周围环绕着比地球厚得多的大气层。与此同时,TRAPPIST-1d是行星的最轻量,约为地球质量的30%。科学家不确定它是否有一个大的大气层,一个海洋或者一个冰层。

5月4日,天文学家抓住了一次罕见的双重凌星现象,前后几分钟内这两颗行星都从那颗恒星前面经过,利用这次机会来测量从任何可能存在的行星大气层中穿透过来的星光。这样的双重凌星每2年才会发生一次,提供了一个叠加的信号,能够同时对这两颗行星的大气特征进行检测。

图片来源: M. Kornmesser/欧南台

科学家们惊奇地发现,TRAPPIST-1e是太阳系中唯一比地球密度稍高的行星,这表明它可能有一个更密集的铁核,而且它并不一定有厚厚的大气层、海洋或冰层。很神秘的是,TRAPPIST-1e在其组成中似乎比其他行星更加摇摆不定。就大小、密度和它从恒星接收到的辐射量而言,这是地球上最类似的行星。

这些研究者希望利用哈勃望远镜展开后续观测,搜寻更薄一些的大气层,就像地球和金星的大气层一样,由比氢更重的元素构成。

最新研究结果表明,
围绕超低温红矮星TRAPPIST-1运行的7颗行星多由岩石组成,其中某些行星可能拥有比地球更多的液态水。

TRAPPIST-1f,
g和h离宿主恒星足够远,水可以在它们的表面被冻结成冰。如果它们有稀薄的大气,它们就不太可能包含我们在地球上发现的重分子,比如二氧化碳。

这项研究的第二作者、NASA戈达德航天飞行中心的汉娜·韦克福德(Hannah
Wakeford)说,“有了更多数据,我们或许能在这些大气层里检测甲烷,或者寻找水的特征,这将让我们能够估计大气层的厚度。”

科学家们最近公布了这个密集行星系统中各行星的密度,测量结果比以往更为精确。研究还发现某些行星的液态水含量最高达到自身质量的5%,
约为地球海洋质量的250倍。

“有趣的是,密度最大的行星并不是最接近恒星的行星,更冷的行星也不能有厚厚的大气层,”研究报告的作者之一,瑞士苏黎世大学的Caroline
Dorn说。

包括NASA韦布空间望远镜(James Webb Space
Telescope)在内的未来望远镜所作的观测,将帮助测定这些行星大气层的完整化学构成,并搜寻潜在的生物标记,比如二氧化碳和臭氧,以及水蒸气和甲烷。韦布望远镜还将分析行星的温度和表面气压——这都是评估行星宜居性的关键因素。

瑞士伯尔尼大学的系外行星学家Simon
Grimm在一封写给space.com的邮件中表示:“所有TRAPPIST-1系统中的行星都和地球非常类似,
比如都拥有固态核与大气层。”
他和他的研究团队精确模拟出了这7颗行星的密度。

TRAPPIST-1系统将继续成为未来密切关注的焦点,在地面和太空的许多设施,包括ESO的超大望远镜和NASA/ESA/CSA詹姆斯韦伯太空望远镜。

这些行星是SPECULOOS巡天项目发现的第一批地球大小的行星,该项目计划在1000多颗近距离红矮星周围搜寻地于大小的行星。到目前为止,该项目只分析了其中15颗恒星。

近邻星系中有7颗类地行星被发现

天文学家也在努力寻找更多的行星围绕着像TRAPPIST-1这样的淡红恒星。正如团队成员Michael
Gillon解释的[4]:“这一结果突出了探索附近的超级矮星——比如TRAPPIST-1——的巨大兴趣。这正是SPECULOOS的目标,我们的新系外行星搜索即将开始在智利的ESO的帕拉纳天文台进行操作。

“这些地球大小的行星是第一批这样的行星,天文学家利用现有和规划中的未来望远镜就能够细致研究,并测定它们是否适宜生命生存。”德维特说,“哈勃望远镜有能力在大气初步筛选方面起到中心作用,告诉天文学家这些地球大小的行星中哪些更有希望,可供韦布望远镜来作更加细致的研究。”

视频编译:

这项研究的结果7月20日在线发表在《自然》杂志上。(编辑:Steed)

先讲个坏消息:
我们真的没有发现外星人…..但是….咳咳咳….我们发现了迄今为止最不可思议的行星系统!
关于这个行星系统, 有5个惊人的事实:

参考文献

  1. Nature (2016)
    |doi:10.1038/nature18641
  1. TRAPPIST-1系统有7颗类似地球大小的行星;

  2. 从地球的角度看,这7颗行星在公转时刚好都会经过红矮星TRAPPIST-1的前方;

  3. 至少内侧的6颗行星可能是类似地球的岩石结构;

  4. 其中3颗可能拥有液态水海洋;

  5. 欧南台未来的欧洲极大望远镜(European Extremely Large
    Telescope)将有能力探测到水。试想未来的某一刻,我们在其中一颗行星上发现了生命……

除了缩小这些系外行星的成分分析范围,
研究者们还发现了其中一颗行星,即TRAPPIST-1e,甚至拥有一些我们非常熟悉的地球特征。Simon
Grimm说:“TRAPPIST-1e这颗行星拥有和地球最接近的质量、半径以及接收到的恒星辐射能量。”

一个特别的行星系统

2016年,天文学家通过智利的TRAPPIST望远镜观测到了围绕暗星TRAPPIST-1公转的3颗行星。(译者注:
TRAPPIST望远镜全称为Transiting Planets and Planetesimals Small
Telescope, 即侦测凌星行星与微行星小型望远镜,也称特拉普斯特望远镜,
坐落在智利,但由比利时列日大学远程操控。)随后不到一年,
NASA就宣布其发现了多达7颗行星。这些系外行星轨道均在其恒星的宜居带内。所谓宜居,指的是液态水可以在行星表面存在。迄今为止,在所有已发现的单恒星系的宜居带中,TRAPPIST-1拥有的岩石结构行星数量是最多的,而它距离地球仅40光年!

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