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持下去時，我們很自然地會想知道其他世界、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際上可能是宜居的。

這始于液態(tài)水和可以容納它的對生命友好的氛圍。

相關(guān)：火星在令人驚嘆的新全景圖中看起來異常熟悉

發(fā)現(xiàn)特拉普斯特-1幾年前，系統(tǒng)引起了很大的轟動。它包含七個大致類似于地球的世界，其中三個或四個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。但如果沒有合適的大氣層，行星就無法保留地表水，JWST 的新觀測表明 TRAPPIST-1 d 沒有類地大氣層。

JWST 于 2022 年 11 月使用其 NIRSpec/PRISM 儀器連續(xù)觀測了 TRAPPIST-1 d 的兩次凌日。來自加拿大、英國、法國和美國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。

“在這里，我們展示了 TRAPPIST-1 d 的第一個 0.6–5.2 μm NIRSpec/PRISM 透射光譜，來自兩次 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很好的目標(biāo)，這些 JWST 觀測提供了行星大氣層的第一個詳細(xì)透射光譜。不幸的是，光譜是平坦的，這意味著沒有可檢測到的大氣特征。

“最終，我們想知道像我們在地球上享受的環(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問題，但此時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 在一份聲明中說新聞稿.

JWST 未能檢測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。

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

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

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，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。它每隔幾天就會耀斑一次，每年會噴出四到六次超級耀斑.這種強(qiáng)大的耀斑活動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，面對來自恒星的日冕物質(zhì)拋射，行星無法保留大氣層。

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大氣的影響開辟了一條道路。

“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。

“我們實際上才剛剛開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。作者寫道：“我們精確的透射光譜可以僅用恒星污染來完全解釋，因此使我們能夠排除各種潛在大氣金屬豐度的無云或厚大氣情況。

低分子量大氣層對行星來說更難保留，這些觀測結(jié)果排除了這些類型的氫氣主導(dǎo)大氣層。觀測結(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。但這項研究實際上排除了它們。

“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，強(qiáng)烈反對稀薄的富含H2的替代品;（3） 如果 TRAPPIST-1 d 具有低金屬豐度大氣層，預(yù)計不會在 TRAPPIST-1 d 上形成高空云或霧霾，“研究人員解釋道。

這項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 的消除并不是絕對確定的。

“我們的觀測還不能完全排除文獻(xiàn)中預(yù)測的 TRAPPIST-1 d 的其他潛在大氣情景，”作者解釋說，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在其終結(jié)器處形成高空水云，從而阻擋大氣吸收信號。

但是系統(tǒng)中的其他行星呢？

“TRAPPIST-1 行星周圍的大氣層并沒有失去所有希望，”Piaulet-Ghorayeb 說。“雖然我們沒有在 d 行星上發(fā)現(xiàn)一個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地球海洋的揮發(fā)物”。

“我們的偵探工作才剛剛開始。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。

作為一個人意味著見證人類最偉大、最勝利的成就和團(tuán)結(jié)時刻，也意味著見證我們對彼此采取的墮落行為。

有思想的人一定會懷疑是否有其他世界可以容納生命。每個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 不會提供它。如果這項研究是正確的，那么它就會從激發(fā)希望的系外行星名單中剔除。

繼續(xù)下一個。

本文最初發(fā)表于今日宇宙.閱讀原文.

寶寶起名 起名