TRAPPIST-1 d上可能还留有怎样的大气?
TRAPPIST-1 d是一颗小型岩石行星,质量约为地球的39%,大小约为地球的79%。韦布在它两次从恒星前方经过时分析了多种星光,却没有找到水、甲烷或二氧化碳等气体的清晰痕迹。这个结果不符合富含氢的厚重大气,也不符合几种本应留下明显气体痕迹的无云大气。不过,几乎没有大气的表面、极稀薄的大气,以及高层云雾遮住下方气体的大气,仍然都有可能。
- 约4.0496天 绕恒星一周所需的时间
- 约334万千米 行星与恒星之间的平均距离
- 约为地球的0.39倍 根据凌日时间变化算出的质量
- 约为地球的0.79倍 根据遮挡星光的比例算出的半径
如何从行星遮挡的星光中寻找大气?
行星从恒星前方经过时,行星本身会挡住星光,还有一部分星光会穿过行星边缘的大气。如果大气中的气体吸收某种光,大气在这个波段也会变得不透明,行星看起来便会稍大。韦布比较每个波段被遮挡的光有多少不同,以寻找大气中的气体。这种记录称为透射光谱。
大气越热、行星引力越弱、分子越轻,气体留下的痕迹就越大。d的引力比地球弱,因此如果厚重大气中留有氢这样的轻气体,行星的视大小应当随波段出现明显变化。观测没有看到这种变化,所以以氢为主的厚重大气非常不可能存在。
两次凌日观测寻找了哪些气体?
韦布的NIRSpec仪器在两次凌日中,一次记录了从可见光红端到近红外的光。研究人员还计算了TRAPPIST-1上的星斑和明亮区域如何改变星光,然后把数据与多种情况比较:从完全没有大气,到气压、气体种类和云层高度各不相同的大气。
水、甲烷、二氧化碳、一氧化碳、氨和二氧化硫都没有留下清晰痕迹。含有足量这些气体的无云厚重大气本应产生的变化也没有出现。这并不表示整颗行星上一个这样的分子都没有,而是目前的观测没有看到足够大的痕迹。
目前的观测没有看到清晰的气体痕迹。本应产生明显痕迹的无云厚重大气已被排除,但稀薄大气或被云层遮挡的大气仍有可能。
没有明显气体痕迹时,可能存在哪些环境?
第一,如果岩石表面几乎没有大气,凌日时便没有额外吸收光线的气体,光谱会很平坦。第二,比火星更稀薄的大气,或由重分子组成的大气,高度较低而且紧凑,以目前的精度可能很难发现吸收图案。第三,高空云层或雾霾若遮住很宽的波段,即使下方有气体,分子图案也会显得平坦。
这三种情况的表面温度和气压大不相同,但仅凭凌日时测到的星光,它们可能看起来很相似。研究人员需要合并更多次凌日,让微小变化更加清楚;还要用行星发出的红外线测量热量如何从白天移向夜晚,并寻找在云层上方仍能看见的其他痕迹。
- 测出大小和质量 根据被遮挡的星光算出大小,再根据邻近行星凌日时间的变化算出质量。
- 计算恒星造成的变化 同时分析星斑和明亮区域如何改变星光的颜色。
- 与多种大气比较 计算不同气体、气压和云层高度应当留下的光线痕迹。
- 排除不符合的大气 富氢大气,以及本应产生清晰痕迹的无云厚重大气,都与数据不符。
- 留下三种可能 几乎没有大气的表面、极稀薄的大气和有高层云的大气仍需继续观测。
接近宜居带究竟意味着什么?
d接收的能量与地球从太阳接收的能量相近或稍多。它位于按宽松标准划定的宜居带靠近恒星一侧的边缘。这只表示,如果大气能够保留适量热量,这个距离可能允许液态水存在;并不表示实际发现了水、大气、云层或生命。
如果没有大气,白天与夜晚的温差会很大,表面水也难以长期保存。如果大气很薄,液态水能否稳定存在取决于气压和成分。如果有厚重大气和高层云,温室效应和反射率又会改变温度。目前的观测无法从这些环境中选出一个答案。
本页展示的表面和云层不是观测照片。韦布测量的是行星从恒星前方经过时,不同波段被遮挡的光量是否发生变化。没有找到气体痕迹,并不等于没有大气或生命。