附近恒星拥有三个地球大小的世界

天文学家推测,围绕小型、低温恒星 TRAPPIST-1 运行的三颗行星可能支持生命

2016年5月2日,科学家宣布发现了 TRAPPIST-1,一个距离地球 40 光年的外星太阳系,拥有一个微小的、超冷的矮星和三颗可能适合居住的小型系外行星。在此幻灯片中查看 TRAPPIST-1 系统的假想视图。此处:一位艺术家所绘制的 TRAPPIST-1 星系视图,从围绕其昏暗母星运行的三颗外星行星之一附近观看。

ESO/M. Kornmesser

研究人员表示,他们发现了三颗可能适合居住的地球大小行星,围绕一颗昏暗、寒冷的附近恒星运行,这颗恒星仅比木星略大。

“这些小型、低温的恒星可能是我们首先应该在宇宙其他地方寻找生命的地方,因为它们可能是我们目前的技术能够探测到遥远地球大小行星上的生命的唯一地方,”该研究的主要作者、比利时列日大学的天文学家 Michaël Gillon 告诉 Space.com。

天文学家关注的是一颗最初名为 2MASS J23062928-0502285 的恒星,该恒星是使用 TRAPPIST(TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope,凌星行星和星子小望远镜)在智利发现的。这颗昏暗的冷红星,现在被称为 TRAPPIST-1,位于宝瓶座,距离地球约 39 光年。相比之下,最近的恒星系统半人马座阿尔法星距离地球约 4.3 光年。[观看:了解 TRAPPIST-1 的 3 颗行星如何支持生命]


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TRAPPIST-1 的亮度是太阳的 1/2000,温度略低于太阳的一半,质量约为太阳的 1/12,宽度不到太阳的 1/8,使其直径仅略大于木星。TRAPPIST-1 是一种被称为超冷矮星的恒星,在银河系中非常常见,约占太阳附近恒星的 15%。

科学家通过观察到当行星在其前方经过时,TRAPPIST-1 的亮度有规律地变暗,从而发现了这三颗行星。研究人员说,这是首次在超冷矮星周围发现遥远行星(称为系外行星)。

“到目前为止,围绕超冷矮星运行的这种‘红色世界’的存在纯粹是理论上的,但现在我们不仅发现了一颗围绕着这样一颗微弱红星的孤独行星,而且还发现了一个完整的由三颗行星组成的系统,”该研究的合著者、列日大学的天文学家 Emmanuël Jehin 在一份声明中说

这三颗行星的直径都只比地球大 10% 左右。“从在地球以外的宇宙中寻找生命的角度来看,我们发现的这种行星非常令人兴奋,”该研究的合著者、加州大学圣地亚哥分校的 Adam Burgasser 在一份声明中说

 

最里面的两颗行星离它们的恒星比地球离太阳近 60 到 90 倍,轨道周期分别只有 1.5 天和 2.4 天。第三颗行星的轨道目前不太确定,在 4.5 天到 73 天之间。恒星和行星轨道的尺寸较小,这意味着“这个行星系统的结构在规模上更类似于木星卫星系统,而不是太阳系,”Gillon 在声明中说。

虽然所有三颗行星都非常靠近它们的恒星运行,但由于它们的恒星远比太阳暗淡,因此,内部的两颗行星分别只接收到地球接收到的辐射量的四倍和两倍。研究人员说,第三颗外层行星可能接收到的辐射比地球少。

鉴于 TRAPPIST-1 的三颗行星与恒星的距离如此之近,研究人员认为 TRAPPIST-1 的引力很可能迫使这些行星“潮汐锁定”在其上。当一颗行星潮汐锁定在它的恒星上时,它将始终以同一面朝向它的恒星,就像月球始终以同一面朝向地球一样。这导致这些世界各有一个永久的向阳面和一个永久的背阳面。

TRAPPIST-1 三颗行星中最远的那颗可能位于恒星的宜居带内,宜居带是指恒星周围行星表面温度足够高,可以存在液态水的区域,液态水是地球上已知生命的关键成分。最靠近 TRAPPIST-1 的两颗行星的向阳面可能太热,而背阳面可能太冷,无法存在地球上已知的任何形式的生命,但研究人员认为,行星向阳面和背阳面的边界可能存在适合生命生存的温和区域。

此图像显示了地球的太阳(左)与距离地球 40 光年的微小超冷矮星 TRAPPIST-1 的大小对比。这颗恒星是三颗可能具有支持生命潜力的外星行星的家园。
来源:ESO

大多数情况下,系外行星搜寻任务都集中在寻找围绕发出可见光类太阳恒星的星系,但这些恒星可能非常明亮,以至于它们可能会掩盖其行星的关键特征,研究人员说。相比之下,冷矮星主要发出红外光,并且非常微弱,它们不会淹没行星的细节。TRAPPIST 旨在寻找围绕 60 颗附近超冷矮星运行的行星。[发现外星行星的 7 种方法]

“在 TRAPPIST-1 周围发现这些行星应该会加强对更多围绕超冷矮星的星系的搜寻,”Gillon 说。“激动人心的科学探险现在开始了。”

由于围绕 TRAPPIST-1 运行的行星相对较近,因此原则上科学家可以分析它们的大气成分,“并且在未来的某个阶段(在我们这一代人的时间内),评估它们是否真的有生物居住,”该研究的合著者、麻省理工学院的行星科学家 Julien de Wit 在一份声明中说。“所有这些事情都是可以实现的,而且现在触手可及。这对该领域来说是一个巨大的收获。”

这些世界的质量仍然未知,但未来的研究可以查明当这些行星彼此靠近时,它们各自的引力对其他行星的引力有多大,Gillon 说。每颗行星引力的强度将帮助科学家推断其质量,而这反过来将帮助他们估算行星的密度,从而推断其组成,他补充说。

“我们可以判断这些行星可能是岩石的,还是像木星的卫星一样富含冰,还是像水星一样富含金属,”Gillon 说。

研究人员指出,哈勃太空望远镜和即将到来的詹姆斯·韦伯太空望远镜可以帮助分析这些行星的大气,寻找与生命有关的分子,例如水、二氧化碳和臭氧。

“现在我们必须调查它们是否适合居住,”de Wit 在声明中说。

科学家们今天(5 月 2 日)在《自然》杂志上在线详细介绍了他们的发现

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Charles Q. Choi is a frequent contributor to 大众科学. His work has also appeared in The New York Times, Science, Nature, Wired, and LiveScience, among others. In his spare time, he has traveled to all seven continents.

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