TRAPPIST-1 g的重力有多强?
TRAPPIST-1 g在七颗行星中半径最大,但质量不是最大。它的半径约为地球的1.129倍,质量约为1.321倍;最内侧的b比g稍重。根据质量和半径算出的g表面重力约为地球的1.04倍。仅凭行星大小,无法判断表面重力或大气能否保存。
- 约12.35天 绕恒星一周所需的时间
- 约为地球的1.129倍 七颗行星中最大的半径
- 约为地球的1.321倍 根据凌日时间变化算出的质量
- 约为地球的1.04倍 根据质量和半径算出的表面重力
行星大小与表面重力有何关系?
半径来自行星从恒星前方经过时遮挡的光量。质量则根据七颗行星相互拉扯、改变凌日时间的程度算出。2021年的研究得到g的质量为地球的1.321±0.038倍,b为1.374±0.069倍。因此g的半径最大,却比b稍轻。
质量越大,表面重力越强;半径越大,表面重力越弱。如果质量和大小一起增加,表面重力可能变化不大。g的表面重力约为地球的1.04倍,完全摆脱其重力所需的逃逸速度约为12.1km/s。两者都不是在表面测得的,而是根据质量和半径算出的。
NASA把g归为“超级地球”,也是按照大小和质量分类。它只表示一颗比地球大的岩石型行星,不表示陆地、海洋或大气与地球相似。约5.07g/cm³的平均密度说明它可能主要由岩石构成,却不能确定地核大小或水量。
g在七颗行星中半径最大,但表面重力几乎与地球相同,而且是否有大气仍未确认。
如何判断大气是否仍然存在?
逃逸速度是物体完全摆脱行星重力所需的速度。但大气能保存多久并不由这一个数值决定。气体分子的重量、上层大气温度、恒星发出的紫外线、X射线和粒子流、行星磁场,以及内部补充新气体的速度,都会产生影响。
g的逃逸速度略高于地球,表示在其他条件相同时,气体更难逃走。但TRAPPIST-1是一颗经常强烈爆发的红矮星,条件与地球并不相同。g是否有磁场,内部是否持续补充大气,也都尚未测量。
Hubble观测显示d、e、f没有富含氢且无云的厚重大气,但g的数据不够精确,无法作出同样判断。这并不表示在g上发现了氢气大气,而是当时的观测无法分辨它是否存在。
要有液态水,需要怎样的大气?
g距离恒星约700万千米,接收的能量约为地球从太阳接收的26%。它位于宜居带较外侧,但仅凭轨道位置无法判断是否有液态水。如果几乎没有大气,表面大部分可能冻结,朝向恒星的一面与黑暗面的温差也可能非常大。
三维气候研究计算了二氧化碳积累到足以产生温室效应、让部分表面保有液态水的情况。所需气压差异很大,从地球海平面气压的数倍到数十倍不等。结果会随云量、表面反射率、氮气含量和白天热量向夜晚输送程度的假设而改变。这些数值都是气候模型的条件,不是在g上测得的大气压。
如果g总以同一面朝向恒星,大气的作用会更加重要。足够厚的大气可以把亮面的热量带到暗面,太薄则会让两面的温差明显扩大。因此,位于宜居带这一事实本身无法说明g的气候。
如何确认大气信号?
根据NASA在2026年1月整理的资料,韦布已经观测g,但分析结果尚未公布。TRAPPIST-1表面的暗斑和爆发会让行星在不同波段遮挡的星光量看起来不同。因为这种变化可能像行星大气,所以必须确认恒星状态改变后,同一波段是否仍反复出现相同痕迹。
如果大气中有二氧化碳,4.3μm附近的光可能明显减少。如果各波段几乎没有差异,就要比较无大气、极稀薄大气和高层云遮住下层大气的情况。观测行星自身发出的热量并测量亮面与暗面的温差,还能单独检查大气是否输送热量。
- 星光减弱量 根据g遮挡的星光量求出半径。
- 凌日时间变化 根据七颗行星相互拉扯的程度求出质量。
- 质量和半径 据此算出表面重力和逃逸速度。
- 未来的大气观测 需要检查分子痕迹是否重复,以及白天热量是否移向夜晚。
TRAPPIST-1 g与地球有多相似?
g的半径、质量和表面重力都处于接近地球的范围。如果有合适的大气和足够的温室效应,它的轨道可能允许液态水存在。但是否真的有大气、压力和成分是什么、有多少水、表面温度是多少,都尚未确认。目前的测量只说明g值得详细观测,并不是它拥有地球式环境的证据。
本页显示的海洋、冰和云层是帮助理解的插图,不是观测照片。表面重力和逃逸速度是根据质量和半径算出的;大气、液态水和生命都尚未发现。