TRAPPIST-1 b的白昼和黑夜有多大差异？
TRAPPIST-1 b 是最内层的行星，大约每 1.51 天绕其恒星运行一次。预计它的旋转一侧始终面向恒星，因此如果没有大气层，白天的一侧将继续升温，而夜晚的一侧将接收很少的热量。如果大气层较厚，风会将白天的热量转移到夜间，从而减少两侧的温差。当韦伯测量行星在旋转一周期间发出的红外线时，白天的温度似乎约为 490K，即约 217 摄氏度，但夜间的热量并不清晰可见。大气层厚度超过 1 巴（与地球表面的大气压相似）与此结果不太相符。
然而，这并不能证实 TRAPPIST-1 b 中不存在单个气体分子。目前观测到的大气层要么非常稀薄，要么只有痕迹。最符合当前数据的解释是，大气层很少的黑暗岩石表面将白天的热量直接释放到太空中。
- 约1.5109天 绕中央恒星一圈的时间
- 约172万公里 恒星和行星之间的平均距离
- 约为地球的1.37倍 由传播时间的变化决定的行星质量
- 约为地球的1.12倍 根据星光遮挡率计算出行星半径
如何测量行星昼侧的温度？
从我们的视角看，行星位于恒星旁边时，望远镜会同时收到星光和行星昼面发出的红外线。行星完全躲到恒星后方时，行星光被遮住，只剩星光。测量两者的亮度差，即使图像无法分开恒星与行星，也能知道昼面发出的热量。这叫作次食观测。
2023年，韦伯的MIRI仪器对隐藏在波长15微米红外光下的行星进行了五次观测。当行星隐藏时，总光减少约0.08%，计算出亮温约为500K，即约227摄氏度。亮度温度是在特定光线下测得的亮度换算成温度的值。它不是直接测量整个星球的平均温度或表面各处的温度。
一种红外光能告诉我们什么？
日面在15μm红外光下显得明亮的结果与没有大气层且暗面吸收了大量星光的解释非常吻合。如果有厚厚的二氧化碳大气层，它就会吸收这种红外辐射并带走白天的热量，使白天的一面显得更暗。这就是为什么2023年的结果首先强烈表明不存在厚大气层的可能性。
然而，只有一种红外光只能揭示地球的一部分热量。 2024年，增加了5个波长为12.8μm的观测。将两种类型的红外光放在一起观察，没有大气层且含有大量铁和镁的岩石表面与数据吻合得很好。然而，具有高雾度层的厚二氧化碳大气在某些条件下可以产生相同的亮度。仅根据这两种红外线无法确定哪种解释是正确的。
行星躲到恒星后方的瞬间只能揭示昼面热量。要判断大气是否把热量带到夜面，必须在行星公转一周期间持续观测。
行星公转一周时，热量如何变化？
当行星绕恒星运行时，面向地球的一侧不断变化。韦伯记录了白天可见时的亮度、夜间可见时的黑暗程度以及最亮的时间。这种亮度变化称为热相位曲线。如果大气层传递热量，红外线就会在夜间发出，最热点可能会从直接可见恒星的点向侧面移动。
在2026年公布的结果中，白天亮温为490±17K，约为217±17摄氏度。夜晚一侧的热量看不清楚，最亮点也没有明显移动。更好的解释不是厚厚的大气层将白天的热量广泛转移到夜间，而是它是一颗岩石行星，其白天的表面直接将热量辐射到太空中。在表面压力超过1巴左右的大气中，这种可能性就大大降低。
- 2023年 通过5次波长15μm的观测，得到了约500K的白天热量和亮温。
- 2024年 添加了 5 个波长为 12.8 μm 的观测结果，但岩石表面和一些厚大气层都是可能的。
- 完整公转观测 持续记录从昼面到夜面的红外亮度变化。
- 2026年分析 炎热的白天和隐隐约约的夜间热量大大降低了浓重大气层的可能性。
TRAPPIST-1 b有大气吗？
与当前观测结果最不一致的是厚厚的大气层将白天的热量转移到夜间。不能说不存在非常稀薄的大气层或具有微弱红外痕迹的气体。大气层的稀薄程度还取决于气体、云、雾霾的类型以及表面反射星光的程度。
当行星经过恒星前方时的星光也表明它没有富含氢的厚大气层。然而，星斑和明亮区域显着改变了星光，使得无法判断是否存在较重气体的稀薄大气层。在一次旋转过程中的观察，当经过恒星前面和隐藏在恒星后面时，有不同的弱点。显示相同结论的方法越多，对气氛的判断就越确定。
如何了解表面的物质和年龄？
根据质量和尺寸计算出的平均密度与b是主要由岩石组成的行星的可能性一致。两种类型的红外亮度与包含富含铁和镁的岩石表面（例如橄榄石和辉石）的计算相匹配。然而，这只是比较现有材料的结果。韦伯没有分析岩石碎片或直接发现表面矿物。
如果地表确实是新鲜的，则可能存在火山活动或太空风化使地表更新的过程，但仅根据当前数据无法确定该过程和时间。还应考虑其他经历过太空风化的反射率较低的岩石或表面。页面上行星插图中看到的熔岩、裂缝和颜色并非取自实际地形。
约490K，约217摄氏度，是波长为15μm的红外线获得的白天亮温。它与整个星球的平均温度、最高表面温度或夜间温度不一样。目前的观测大大降低了厚大气层的可能性，但并未单独列出所有薄大气层和表面材料。
观测b如何帮助研究其他行星？
TRAPPIST-1 b 比宜居带更靠近恒星，接收的能量大约是地球的四倍。 Rather than a planet to first investigate the possibility of life, it is an object to find out what kind of infrared radiation a rocky planet with almost no atmosphere near a red dwarf star emits.
当b经过恒星前方时获得的数据也可以作为对比数据，以在观察e等外行星时发现星光的变化。 b 几乎没有大气层的解释越令人信服，就越容易将恒星本身的变化与其他行星大气层留下的微小痕迹区分开来。关于 b 的大气层的结论并非来自单一的温度测量。这是依次比较两种不同类型的红外线和整个周期的亮度变化的结果。
来源
- NASA Exoplanet Archive — TRAPPIST-1 b
- NASA Science — Webb Measures the Temperature of TRAPPIST-1 b
- Nature — Thermal Emission from TRAPPIST-1 b
- Nature Astronomy — Combined 12.8 and 15μm Eclipse Analysis
- Nature Astronomy — Thermal Phase Curves of TRAPPIST-1 b and c
- The Planetary Science Journal — TRAPPIST-1 Masses and Radii
- The Astrophysical Journal Letters — TRAPPIST-1 b Transmission and Stellar Contamination