詹姆斯·韦伯太空望远镜给出了TRAPPIST-1行星更进一步的探查结果
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TRAPPIST-1红矮星的这种艺术表现展示了它非常活跃的性质。这颗恒星似乎有许多恒星斑点（其表面较冷的区域，类似于太阳黑子）和耀斑。系外行星TRAPPIST-1 b是离系统中心恒星最近的行星，可以在前景中看到，没有明显的大气层。系外行星TRAPPIST-1 g是该系统宜居带中的行星之一，可以在恒星右侧的背景中看到。TRAPPIST-1系统包含七颗地球大小的系外行星。资料来源：Benoît Gougeon，蒙特利尔大学
在距离太阳40光年的名为TRAPPIST-1的太阳系中，七颗地球大小的行星围绕一颗冷恒星旋转。
天文学家从詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）获得了TRAPPIST-1 b的新数据，TRAPPIST-1太阳系中最接近其恒星的行星。这些新的观测提供了关于其恒星如何影响冷恒星宜居带系外行星观测的见解。在宜居带中，液态水仍然可以存在于轨道行星的表面上。
该团队包括密歇根大学天文学家和美国宇航局萨根研究员Ryan MacDonald，在《天体物理学杂志快报》上发表了这项研究。
“我们的观测没有看到TRAPPIST-1 b周围大气的迹象。这告诉我们这颗行星可能是一块裸露的岩石，大气中有高高的云层，或者有一个非常重的分子，如二氧化碳，使大气太小而无法探测，“麦克唐纳说。“但我们确实看到的是，恒星绝对是主导我们观测的最大影响，这将对系统中的其他行星做同样的事情。
该团队的大部分调查都集中在他们能了解多少关于恒星对TRAPPIST-1系统行星观测的影响。
“如果我们现在不弄清楚如何处理这颗恒星，当我们观察宜居带的行星 - TRAPPIST-1 d，e和f - 时，看到任何大气信号都会变得更加困难，”麦克唐纳说。
一个有前途的系外行星系统
TRAPPIST-1是一颗比我们的太阳小得多、更冷的恒星，距离地球约40光年，自2017年发现七颗地球大小的系外行星以来，它吸引了科学家和太空爱好者的注意。这些世界紧紧地围绕着它们的恒星，其中三个在其宜居带内，这激发了在太阳系之外寻找潜在宜居环境的希望。
这项研究由蒙特利尔大学Trottier系外行星研究所的Olivia Lim领导，使用一种称为透射光谱的技术来获得对TRAPPIST-1 b特性的重要见解。通过分析中心恒星在凌日过程中穿过系外行星大气层后的光线，天文学家可以看到在该大气层中发现的分子和原子留下的独特指纹。
“这些观测是用JWST上的NIRISS仪器进行的，该仪器由蒙特利尔大学的René Doyon领导的国际合作，在加拿大航天局的主持下进行了近20年，”密歇根大学天文学教授Michael Meyer说。“很荣幸能成为这次合作的一部分，看到这样的结果来自NIRISS的独特能力，这些结果表征了附近恒星周围的不同世界，这非常令人兴奋。
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该研究的主要发现是，在试图确定系外行星的性质时，恒星活动和污染的显着影响。恒星污染是指恒星自身特征的影响，例如称为斑点的黑暗区域和称为光斑的明亮区域，对系外行星大气层测量的影响。
研究小组发现了令人信服的证据，表明恒星污染在塑造TRAPPIST-1 b以及系统中其他行星的透射光谱中起着至关重要的作用。中心恒星的活动可以产生“幽灵信号”，可能会欺骗观察者，让他们认为他们已经在系外行星的大气层中检测到了特定的分子。
这一结果强调了在计划未来对所有系外行星系统的观测时考虑恒星污染的重要性。对于像TRAPPIST-1这样的系统尤其如此，因为它以一颗红矮星为中心，红矮星在星斑和频繁的耀斑事件中特别活跃。
“除了来自恒星斑点和光斑的污染外，我们还看到了恒星耀斑，这是一个不可预测的事件，在此期间恒星看起来更亮了几分钟到几小时，”Lim说。“这种耀斑影响了我们对行星阻挡光量的测量。恒星活动的这种特征很难建模，但我们需要考虑它们，以确保我们正确解释数据。
麦克唐纳在模拟恒星的影响和在团队的观测中寻找大气层方面发挥了关键作用，运行了一系列数百万个模型来探索冷星斑，热星活动区域和行星大气层的全部特性，这些特性可以解释天文学家所看到的JWST观测。
TRAPPIST-1 b上没有明显的气层
虽然所有七颗TRAPPIST-1行星都在寻找具有大气层的地球大小的系外行星方面一直很诱人，但TRAPPIST-1 b靠近其恒星意味着它发现自己处于比其兄弟姐妹更恶劣的条件。它从太阳接收的辐射是地球的四倍，表面温度在120至220摄氏度之间。
然而，如果TRAPPIST-1 b要有大气层，那么最容易探测和描述系统中的所有目标。由于TRAPPIST-1 b是离其恒星最近的行星，因此是系统中最热的行星，因此它的凌日会产生更强的信号。所有这些因素使TRAPPIST-1 b成为一个关键但具有挑战性的观察目标。
为了解释恒星污染的影响，该团队进行了两次独立的大气检索，这是一种根据观测确定TRAPPIST-1 b上存在的大气类型的技术。在第一种方法中，恒星污染在分析之前从数据中去除。在麦克唐纳进行的第二种方法中，恒星污染和行星大气层同时建模和拟合。
在这两种情况下，结果表明TRAPPIST-1 b的光谱可以与单独模拟的恒星污染很好地匹配。这表明没有证据表明地球上有重要的大气层。这样的结果仍然非常有价值，因为它告诉天文学家哪些类型的大气与观测数据不兼容。
根据他们收集的JWST观测结果，Lim和她的团队探索了TRAPPIST-1 b的一系列大气模型，研究了各种可能的成分和情景。他们发现，无云、富含氢的大气被高度置信地排除在外。这意味着TRAPPIST-1 b周围似乎没有清晰，扩展的大气层。
然而，这些数据不能自信地排除更稀薄的大气层，例如由纯净水，二氧化碳或甲烷组成的大气层，也不能排除类似于土卫六的大气层，土星的卫星和太阳系中唯一具有重要大气层的卫星。这些结果是TRAPPIST-1行星的第一个光谱，通常与JWST之前用MIRI仪器以单一颜色看到的TRAPPIST-1 b的日侧观测结果一致。
随着天文学家继续探索浩瀚太空中的其他岩石行星，这些发现将为JWST和其他望远镜的未来观测计划提供信息，有助于更广泛地了解系外行星大气及其潜在的可居住性。
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原标题：《詹姆斯·韦伯太空望远镜给出了TRAPPIST-1行星更进一步的探查结果》