TRAPPIST-1行星潛在大氣層,或許適宜神秘生命存活
據國外媒體報導,2017年2月,美國宇航局宣布鄰近地球的TRAPPIST-1恆星系統中存在不少於7顆岩石行星!從那時起,天文學家進行了各種後續觀察和研究,希望對這些系外行星更多地了解,他們一直試圖了解位於該恆星宜居帶的行星是否適宜生命存活。
之前許多研究都關注TRAPPIST-1系統中的行星表面是否有充足的水,但同樣重要的問題是它們是否有大氣層,在近期一項研究中,一支研究小組對迄今為止所有TRAPPIST-1系統行星的觀察進行了綜述,他們指出,依據前期觀察結果,該恆星系統中的行星存在大氣層。
TRAPPIST-1系統多數行星是沒有云層、存在低分子量大氣層,類似於地球原始大氣層。
該研究發表在近期出版的《天體生物學雜誌》上,是一支國際研究小組做出的結論,該國際研究小組成員來自:日內瓦天文台(GAO)、伯爾尼大學、波爾多天體物理實驗室(LAB) 、倫敦帝國理工學院天體物理學研究小組、以及科羅拉多大學大氣和空間物理實驗室(LASP)。
最初,來自比利時列日大學的天文學研究小組利用凌日光譜學探測到TRAPPIST-1系統中的3顆系外行星,基於該方法,天文學家監測到TRAPPIST-1恆星光度變化,這是行星掠過恆星前方的結果(相對於觀察者的角度)。
該恆星系統被命名為TRAPPIST-1,用於紀念探測這些天體的天文儀器,即位於智利拉西拉天文台和摩洛哥de l’Oukaïmeden天文台的“凌日行星和星子小型望遠鏡陣列(TRAPPIST)”。2017年2月,科學家再次確認了4顆系外行星的存在。
從那時起,TRAPPIST-1系統就被天文學家視為系外行星研究的最佳候選者,其中有許多原因,日內瓦天文台博士後研究員馬汀·圖爾貝特(Martin Turbet)稱,TRAPPIST-1系統非常適合於生命宜居性研究,因為它是由適宜居住的系外行星組成的行星系統,易於觀察,因此天文學家使用望遠鏡可觀察它,TRAPPIST-1距離地球僅39光年,我們經常觀測到該行星系統存在凌日現象,現已證實TRAPPIST-1是一顆半徑很小的超冷矮星。
簡而言之,該恆星周圍存在7顆系外行星,這意味著我們有許多次機會觀測到該系統的凌日現象。在該情況下,當恆星釋放的光環繞行星並穿過它的大氣層時,天文學家能夠收集到行星的光譜(該過程被稱為透射光譜),然後科學家能夠檢查這些數據,從而確定存在哪些化學元素。
由於TRAPPIST-1是一顆M類型紅矮星,質量較低,溫度較低,相對於其他類型恆星較昏暗,從該系統行星獲得的透射光譜不太可能符合“凌日光源效應(TLSE,或簡稱為恆星污染)”。
然而,迄今為止並不是所有的研究都令人鼓舞,事實上,多項研究表明,對於一些TRAPPIST-1系統行星而言,水可能構成它們質量的很大一部分(使它們成為“水世界”) 。此外,基於紅矮星的屬性,TRAPPIST-1容易爆發耀斑,可能會對其行星大氣層造成嚴重破壞。
一支研究小組對迄今為止所有TRAPPIST-1系統行星的觀察進行了綜述,他們指出,依據前期觀察結果,該恆星系統中的行星存在大氣層。
一些研究顯示,環繞紅矮星的系外行星仍然適宜生命存活,只要它們擁有充足的大氣層和雲層覆蓋來應對輻射,為了評估TRAPPIST-1行星是否具備這種大氣層的可能性,圖爾貝特和同事分析了迄今在TRAPPIST-1系統觀測的所有數據資料。
這些資料包括:對該系統行星的凌日觀測、行星的密度測量、透射光譜分析、系統輻照環境、行星形成和遷移的理論、行星軌道穩定性、氣候模型、以及行星在太空中損失多少氣體的模型分析。
圖爾貝特說:“我們回顧了關於該話題的所有研究,從可用的最佳望遠鏡(哈勃太空望遠鏡、斯皮策太空望遠鏡、甚大望遠鏡等)至最複雜的理論模型,例如:三維數值氣候模型。”
最終,他們的發現非常令人振奮,首先,他們能確定TRAPPIST-1系統多數行星是沒有云層、存在低分子量大氣層,類似於地球原始大氣層;其次,他們發現更令人信服的證據,顯示那些存在大氣層的行星很可能是由原子質量更高的元素組成,正如圖爾貝特所描述的那樣:“我們可以確定7顆TRAPPIST-1行星的大氣層不太可能以氫為主,我們還認為如果TRAPPIST -1行星的大氣層存在的話,很可能是以二氧化碳、氧氣或者水為主的。”
換句話講,在7顆TRAPPIST-1行星中,那些存在大氣層的行星極有可能存在生命,這意味著二氧化碳是一種必不可少的氣候穩定劑,是生物體進行光合作用、生成氧氣、氮氣和水等揮發性元素所必需的。它還包括雲層覆蓋度,這不僅是水存在的跡象,而且還提供了抵禦恆星輻射的保護。
然而不幸的是,圖爾貝特和同事無法斷定TRAPPIST-1行星大氣層中包含所有生命宜居元素,然而,基於我們目前對該系統的了解,無法對這些行星的宜居性進行準確判斷。最後,要想知道這個系統中的系外行星是否適宜居住,還需要新一代望遠鏡的勘測數據進行證實。
圖爾貝特說:“新一代的太空任務——詹姆斯·韋伯太空望遠鏡和近紅外陸基光譜儀,將有能力探測較重的分子,例如:二氧化碳、氧氣、甲烷等,因此這些探測器有可能勘測TRAPPIST-1系統中的行星是否存在大氣層,如果是這樣,其大氣層的組成元素包括什麼?”
目前,詹姆斯·韋伯太空望遠鏡計劃2021年發射升空,而近紅外陸基光譜儀預計在10年內裝配完成。基於這些未來功能強大的探測器,天文學家有望最終揭曉銀河係是否存在地外生命!