哈勃在TRAPPIST-1行星發現水存在跡象

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至少有七顆行星圍繞著這顆距地球40光年的TRAPPIST-1運行，它們的大小與地球大致相同

來源：NASA/ESA/HST

2017年2月，來自歐洲南方天文台(ESO)的天文學家宣布，在恆星TRAPPIST-1附近發現了七顆行星。迄今為止，這不僅是發現類地行星數量最多的單個恆星系統，而且，其中有三顆行星都運行在恆星的宜居帶內。

為了確定這些行星實際上適宜居住的可能性，從那時起科學家們就已經進行了多項研究。一個科學家國際團隊使用哈勃太空望遠鏡來研究該系統的行星，現在，我們有了關於水(我們所知道的生命的關鍵成分)是否存在於TRAPPIST-1的行星的第一個線索。

該研究小組的論文名為《TRAPPIST-1系外行星的高能輻照時間演化和水含量》，最近發表在哈勃網站上。由瑞士天文學家文森特·布里爾(Vincent Bourrier)領導的研究小組利用哈勃太空望遠鏡成像光譜儀(STIS)研究了每個TRAPPIST-1行星受到的紫外輻射總量。

TRAPPIST-1的7個行星的藝術想像圖，以及軌道周期、半徑和質量等

來源：NASA/JPL

正如文森特·布里爾在哈勃新聞發布會上解釋的那樣，紫外線幫助他們確定了系統的7個行星的含水量:

紫外輻射是行星大氣演化的一個重要因素。和地球上的大氣層一樣，在系外行星大氣層中，紫外線照射分子，同樣也可以將的水蒸氣分解成氫和氧。

在評估行星潛在的可居住性時，紫外線與行星的大氣的相互作用很關鍵。低能量的紫外線會導致水分子光解成氧氣和氫氣，遠紫外線(XUV)和X射線會導致行星的高層大氣升溫，從而導致氫氣和氧氣逸出。

這正是文森特·布里爾和他的團隊所做的。由於氫比氧要輕，研究小組通過對TRAPPIST-1行星光譜的監測尋找氫的損失程度，可以有效地測量行星的水含量。

TRAPPIST-1的紫外輻射表明，它的行星在其歷史上可能損失了相當多的水。離TRAPPIST-1最近的行星——TRAPPIST-1b和1c——損失最為嚴重，它們受到來自恆星的紫外輻射最多。事實上，該研究小組估計，在這個系統的歷史上，這些行星損失的水相當於20多個地球海洋，而這一數字估計在5.4~98億年之間。換句話說，這兩顆行星十分乾燥，都是不折不扣的不毛之地。

行星模擬圖

來源：NASA/JPL-Caltech

然而，這些同樣的發現也表明，隨著時間的推移，該系統的外層行星的水損失明顯減少，這可能意味著它們在表面上仍然擁有大量的水。這包括處於恆星宜居帶內的三顆行星——TRAPPIST-1e, f和g。

計算出的失水率和地表水蒸發率也支持了這個觀點，即隨著時間的推移，體積更大的行星和最外層的行星保留了大部分的水。這些發現非常重要，因為它們進一步證明了大氣逸出和演化與TRAPPIST-1系統的行星密切相關。

這一發現也令人鼓舞，因為先前認為研究大氣損失的前景黯淡。TRAPPIST-1的經歷過太多次爆發，隨著時間的推移，即使是平靜的紅矮星也會使它的行星受到強烈的輻射，而TRAPPIST-1和它各自的行星之間的距離意味著太陽風將會直接沉積到它們的大氣中。

換句話說，這些研究討論了繞紅矮星公轉的行星是否能在一段時間內保持其大氣層——即使它們有類似地球的大氣層和磁氣圈。這項研究表明，太陽風造成的大氣剝離將不可避免地使它們的表面變得像火星一樣寒冷、乾燥、死氣沉沉。

TRAPPIST-1與太陽的對比圖

來源：ESO

簡而言之，這是自TRAPPIST-1系統(以及三個潛在宜居性的)行星被發現以來，我們收到的為數不多的好消息之一，它對於紅矮星系統的宜居性也帶來了正能量。近年來，許多令人印象深刻的系外行星都是圍繞著紅矮星的，例如Proxima b、LHS 1140b、Gliese 581g、Gliese 625b和Gliese 682c等。

當然，文森特·布里爾和他的同事強調，這項研究尚未定論，還需要進一步的觀測來確定TRAPPIST-1行星上是否存在水。

正如文森特·布里爾所指出的，有關下一代望遠鏡:

「雖然我們的研究結果表明，系外行星是即將到來的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的觀測重點，但是理論研究和所有波長的互補觀測同樣必要，以確定TRAPPIST-1行星的性質和它們的潛在宜居性。」

有一件事是肯定的:如果詹姆斯·韋伯太空望遠鏡在2018年10月部署完畢，它將會給系外行星探索注入一股鮮活而強大的力量。

內容選自：universetoday

翻譯：GLA

責任編輯：解仁江

牧夫新媒體編輯部

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