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什么是TRAPPIST-1,绕其运行的7个类地行星是否适宜生命生存?

 天文在线 2023-04-08 发布于云南

寻找外星生命一直都是太空探索的强大动力。尽管在地球以外,我们尚未发现生命存在的迹象,但我们的技术和信息都得到了发展和突破。科学家们对太阳系以外的恒星系统中的行星进行了研究,希望找到一个能够维持生命的环境。另一方面,所需的环境类型尚有争议。我们知道地球需要一些基本的东西来维系碳基生命形式,比如来自太阳的水和热,只有在一个与地球有些相似的地方,我们才能有机会发现生命的存在。因此,寻找外星生命的大部分工作皆在找寻与我们的母星相似的行星或卫星。

什么是Trappist-1星系?

TRAPPIST-1是宝瓶座星座中的超冷矮星,距我们的太阳系约39.5光年。这颗恒星比我们太阳系中最大的行星木星大不了多少,它是在1999年由2微米全天巡天(2MASS)发现的。2MASS的服役时间为1997-2001,它是在两个不同的地点进行的:美国亚利桑那州霍普金斯山的弗雷德·劳伦斯·惠普尔天文台以及智利的塞罗·托洛洛美洲际天文台。

某艺术家对TRAPPIST-1恒星及其七颗行星的描绘(来源-维基百科)

在前几年晚些时候,天文学家发现了3颗体积与地球相当的行星环绕着这颗恒星运行,并将其命名为TRAPPIST-1星系,这是以用于观测的“凌星行星及原行星小望远镜(Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope)”命名的。通过进一步研究,2017年2月,环绕该恒星旋转的行星总数增至7颗。虽然其中3颗位于宜居带内,但这7颗行星中的任何一颗或许都能维系生命。

这个星系为何如此与众不同?

这颗恒星的直径大约是太阳的10%,质量不到太阳的10%。由于体积小,所以其七颗行星的轨道比我们自己太阳系的八个行星更靠近TRAPPIST。它们旋转的轨道,不到水星环绕太阳轨道的1/5,这可能使它们非常热。但是,这颗恒星是在以2500 K的温度燃烧着,相较之下,太阳是5800 K,所以说,七颗行星中的三颗位于“古迪洛克带(Goldilocks Zone,即星周盘适居带)”内。这基本上就意味着行星在离该恒星合适距离的轨道上运行,以此来确保生命的可持续性,因为唯有适当的温度和液态水的存在,生命方能延绵不断。 

TRAPPIST-1与我们的太阳系相比(来源-维基百科)

此外,最接近该恒星的三颗行星被潮汐锁定,就像月球被地球潮汐锁定那般。这意味着该行星的一个面始终面向TRAPPIST-1恒星,而另一面则搁浅在永恒的黑暗中。尚不清楚该恒星怡人的温度是否会使这三个行星不可持续。即便如此,人们认为,在这些行星上存在一个有活力的大气层可以可以使热量均匀地散布在它们的整个表面上。

这些行星之所以令人兴奋,是因为它们都像地球一样都是“岩体的”,它们的体积可以与我们自己的星球相提并论!在单个星系中找到七个适合生命生存的候选者本身就很令人惊叹,而事实上,这些行星距离我们只有40光年,这使得它们的发现对于太空探索而言是里程碑似的。

在Trappist-1的行星上生活会是什么样子的呢?

在将来的某个时刻,我们或许可以探访这些星球,而当我们这样做时,我们可以肯定的一点是–其景色将是蔚为壮观的!由于该恒星相对于太阳而言异常寒冷且暗淡,由此可以认为,任何行星上的日子都比地球上的日子暗得多。这是因为该恒星的低温使热量更多地以红外光的形式传送,而不是我们地球上的可见光。我们将不得不适应这种永恒的暮色状态。

在其中一颗行星上行走,最令人兴奋的事情是,当我们仰望天空时,我们会看到这样的景象。我们将能够看到我们的几个行星邻居,它们不再仅仅是地球夜空中的火星一样的光点,而是诸如月亮一样巨大的球体。我们甚至可以看到这些行星的纹理,就像我们可以看到月球上的陨石坑一样。

而且,该行星上的岁月会更短,在这些行星上,季节的变化会更快。由于行星旋转非常靠近恒星,因此最遥远的行星仅用19天即可绕其轨道运行一周,而最近的行星仅需36个小时!

某艺术家对TRAPPIST-1恒星及其七颗行星的描绘(来源-维基百科)

我们如何进一步了解该星系?

科学家使用一种称为凌星测光法的技术来了解远距离行星。这也就是说他们观察TRAPPIST-1等恒星发出的光,并通过光在恒星前通过时的特性的变化,来找出与之接近的行星的细节。我们所知道的一切都是通过阴影决定的,因此,我们对大气的组成等重要物质、地形的类型等都知之甚少。

凌星测光法是如何进行的?

这可以通过使用哈勃望远镜(目前是太空中最强大的望远镜)中可用的更好的望远镜和更好的成像技术来解决。但是,美国宇航局计划在2021年3月30日发射詹姆斯·韦伯望远镜,它比哈勃望远镜厉害100倍。此外,由于它将被置于距离地球更远的地方,且没有任何干扰,图像的分辨率是指数级的。预计这将大大增加人类对Trappist星系的了解。

詹姆斯·韦伯望远镜与哈勃望远镜(来源-www.womanium.org)

理想的状况是探测大气中甲烷和臭氧等生物特征,这些生物特征表明过去或现在存在生命。

生命的存在对TRAPPIST-1有什么影响?

TRAPPIST-1是一颗M型矮星,它在相对较低的温度下非常缓慢地燃烧着,其寿命约为一万亿年,比我们太阳迄今46亿年的寿命长得多。如果TRAPPIST-1上确实存在生命,那么它可能有足够的时间演化成比地球上发现的更为复杂的生命形式。

该星统中生命的存在也增加了在宇宙中其他地方发现生命的可能性,因为“M矮星”是所有恒星中最常见的类型!想想看,这些数不清的恒星可能会有数不清的行星,在漫长的岁月里维系着生命。在TRAPPIST-1星系中发现生命将有助于我们更好地理解可居住性的要求,并为未来的发现铺平道路。可以说,我们还有一段激动人心的未来呢!

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