詹姆斯·韦伯太空望远镜排除了岩石系外行

　　这位艺术家的概念展示了基于这项工作的炽热岩石系外行星TRAPPIST-1 c可能的样子。TRAPPIST-1 c是TRAPPIST-1系统中七颗已知行星中的第二颗，它在距离其恒星0.016 AU(约150万英里)的地方绕其恒星运行，仅用2.42个地球日完成一周。TRAPPIST-1 c比地球稍大，但密度大致相同，这表明它一定有岩石成分。韦伯对TRAPPIST-1 c发射的15微米中红外光的测量表明，该行星要么有裸露的岩石表面，要么有非常稀薄的二氧化碳大气层。背景中显示的是TRAPPIST-1 b，它是TRAPPIST-1系统中最里面的行星。TRAPPIST-1 b也是岩石，似乎没有实质性的大气。这颗恒星名为TRAPPIST-1，是一颗超冷红矮星(M矮星)，温度仅为2550开尔文(约4150华氏度)，质量仅为太阳质量的0.09倍。这幅插图是基于韦伯的中红外仪器(MIRI)收集的新数据，以及其他地面和空间望远镜先前的观察。韦伯没有捕捉到这颗行星的任何图像。鸣谢:插图:NASA、ESA、CSA、Joseph Olmsted(STScI)；科学奖:塞巴斯蒂安·齐巴(MPI-A)，劳拉·克莱德伯格(MPI-A)

　　据美国宇航局：对TRAPPIST-1 c的红外测量表明，它可能不像曾经想象的那样像金星。

　　美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜成功测量了TRAPPIST-1 c的热辐射，这是一颗围绕距离地球40光年的红矮星运行的系外行星。它的昼侧温度约为225华氏度，是用这种方法描述过的最冷的岩石行星。

　　不幸的是，对于那些希望TRAPPIST-1系统是我们自己的真实模拟的人来说，结果有点令人失望。虽然TRAPPIST-1 c的大小和质量与金星大致相同，从其恒星接收的辐射量也相同，但它似乎不太可能有同样厚的二氧化碳大气层。这表明这颗行星，也许是整个系统，可能是在非常少的水的情况下形成的。这一结果是确定行星大气能否在红矮星的剧烈环境中生存的最新探索。

　　一个国际研究小组使用美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜计算了来自岩石系外行星TRAPPIST-1 c的热能数量。结果表明，该行星的大气层——如果存在的话——非常稀薄。

　　凭借大约380开尔文(约225华氏度)的昼侧温度，TRAPPIST-1 c现在是有史以来根据热辐射特征描述的最冷的岩石系外行星。这些测量所需的精度进一步证明了韦伯在描述大小和温度与我们太阳系相似的岩石系外行星方面的效用。

　　这一结果标志着在确定围绕像TRAPPIST-1这样的小型红矮星(银河系中最常见的恒星类型)运行的行星是否能够维持我们所知的支持生命所需的大气方面又迈出了一步。

　　“我们想知道岩石行星是否有大气层，”德国马普天文研究所的研究生塞巴斯蒂安·齐巴说，他是今天发表在《自然》杂志上的结果的第一作者。“过去，我们只能真正研究具有厚厚的富氢大气层的行星。有了韦伯，我们终于可以开始寻找以氧气、氮气和二氧化碳为主的大气了。”

　　“TRAPPIST-1 c很有趣，因为它基本上是金星的孪生兄弟:它与金星大小相同，从其宿主恒星接收的辐射量与金星从太阳接收的辐射量相似，”合着者劳拉·克莱德伯格解释说，她也来自马克斯·普朗克。"我们认为它可能像金星一样有厚厚的二氧化碳大气层."

　　TRAPPIST-1 c是围绕一颗距离地球40光年的超冷红矮星(或M矮星)运行的七颗岩石行星之一。虽然这些行星在大小和质量上与我们太阳系中的内部岩石行星相似，但还不清楚它们是否真的有相似的大气层。在它们生命的第一个十亿年中，M矮星发出明亮的X射线和紫外线辐射，可以轻易地剥夺年轻的行星大气层。此外，当行星形成时，可能有也可能没有足够的水、二氧化碳和其他挥发物来制造大量的大气。

　　为了解决这些问题，研究小组使用MIRI(韦伯的中红外仪器)在四个不同的场合观察了TRAPPIST-1系统，因为行星在恒星后面移动，这种现象被称为二次日食。通过比较行星在恒星后面时的亮度(只有星光)和行星在恒星旁边时的亮度(来自恒星和行星的光)，研究小组能够计算出行星的昼侧发出的波长为15微米的中红外光的数量。

　　这种方法与另一个研究小组用来确定TRAPPIST-1 b(该系统最内部的行星)可能缺乏任何大气的方法相同。

　　行星发出的中红外光的数量与其温度直接相关，而温度又受到大气的影响。二氧化碳气体优先吸收15微米的光线，使地球在该波长下显得更暗。然而，云可以反射光线，使地球看起来更亮，并掩盖二氧化碳的存在。

　　此外，任何成分的大量大气都将热量从阳面重新分配到阴面，导致阳面温度低于没有大气时的温度。(因为TRAPPIST-1 c的轨道如此靠近它的恒星——大约是金星和太阳之间距离的1/50——它被认为是潮汐锁定的，一边是永久的白天，另一边是无尽的黑暗。)

　　虽然这些最初的测量没有提供关于TRAPPIST-1 c性质的确切信息，但它们确实有助于缩小可能的可能性。齐巴说:“我们的结果与这颗行星是没有大气的光秃秃的岩石一致，或者这颗行星有非常稀薄的二氧化碳大气(比地球甚至火星都稀薄)，没有云。”。“如果这颗行星有厚厚的二氧化碳大气层，我们将会观察到非常浅的二次日食，或者根本没有。这是因为二氧化碳会吸收所有15微米的光，所以我们不会探测到任何来自地球的光。”

　　数据还显示，这颗行星不太可能是真正的金星类似物，有厚厚的二氧化碳大气和硫酸云。

　　缺乏厚厚的大气层表明这颗行星可能是在相对较少的水的情况下形成的。如果温度更低、更温和的TRAPPIST-1行星在类似的条件下形成，它们可能也是在几乎没有水和其他使行星适合居住的必要成分的情况下开始的。

　　在如此遥远的一颗小行星上，区分各种大气情景所需的灵敏度确实非同寻常。韦伯在第二次月食期间探测到的亮度下降只有0.04%:相当于看着一万个小灯泡的显示屏，注意到只有四个熄灭了。

　　“我们能够测量这一点是非同寻常的，”克莱德伯格说。“几十年来，人们一直在质疑岩石行星能否保持大气。韦伯的能力确实将我们带入了一个新的领域，我们可以开始以一种前所未有的方式将系外行星系统与我们的太阳系进行比较。”

　　这项研究是作为Webb的一般观测者(GO)计划2304的一部分进行的，该计划是Webb第一年科学研究的八个计划之一，旨在帮助全面描述TRAPPIST-1系统的特征。未来一年，研究人员将进行后续调查，以观察TRAPPIST-1 b和TRAPPIST-1 c的完整轨道，这将有可能看到这两颗行星从白天到夜晚的温度变化，并将进一步限制它们是否有大气层。

　　这项研究发表在《自然》杂志上。