可能适宜居住的Trappist

汪雨甘捍

Trappist-1e的一幅插图显示，在其行星兄弟姐妹的注视下，这颗潜在的宜居系外行星被其红矮星发出的强烈辐射剥离了大气层（图片来源:Robert Lea）

（）据美国太空网（罗伯特·李）：科学家发现，一颗潜在宜居星球的大气层正在被剥离，这一过程可能最终导致Trappist-1e星球不适合生命生存。剥离似乎是由行星围绕其红矮星运行时产生的电流引起的。

这是一个重大发现，因为Trappist-1系统一直是搜寻外星生命的主要目标之一。在Trapp ist-1系统中，这颗系外行星围绕一颗小型红矮星运行。在该系统中的七个类似地球的岩石世界中，至少有三个位于宜居带，即恒星周围既不太热也不太冷的区域，不允许行星支持液态水。

然而，一颗没有大气层的行星无法保存液态水，即使它位于宜居带，也称为“适居带”。这表明，尽管Trappist-1e可能位于距离地球40光年的红矮星Trappist-1的宜居带中，但它的宜居性可能是短暂的。

影响Trappist-1e大气层的相同现象也可能影响该宜居带中其他行星的大气层，这对在该系统中发现生命的可能性来说是个坏消息。

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剥离系外行星大气层的方法

Trappist-1e大约有地球大小，但质量约为地球的0.7倍。它是其恒星的第四颗行星，轨道距离仅为地球和太阳距离的0.028倍，仅用6.1个地球日完成一次轨道运行。

尽管如此接近，但由于Trappist-1比太阳小得多，温度也低得多，因此与我们恒星的宜居带相比，它的宜居带离太阳表面要近得多。为此，似乎并不是这颗红矮星的辐射剥离了TRAPPIST-1e的大气层，而是从恒星吹来的带电粒子风，称为“恒星风”。

“我们观察了太空天气如何在行星轨道上变化，TRAPPIST-1e在非常不同的恒星风条件和压力之间迅速转变，导致行星磁场的某种脉冲压缩和松弛，”团队成员、哈佛史密森尼天体物理学家塞西莉亚·加拉福告诉space。“这推动了高层大气——电离层——中的强大电流，使大气升温，就像电热器一样。”



展示Trappist-1和太阳之间大小差异的插图。（图片来源:罗伯特·李/美国国家航空航天局）

Garraffo解释说，地球也经历了太阳风的变化，这导致了我们大气的类似加热。不同的是，TRAPPIST-1e感受到的热量比地球感受到的太阳风强10万倍。这是因为Trappist-1e围绕其恒星快速运动，这种运动驱动强大的电离层电流消散并产生极端加热，该团队称之为“电压驱动的焦耳加热”。

尽管该团队早在2017年就预测到了这种效应，但研究人员对他们现在发现的这种效应有多强大感到惊讶。

“对TRAPPIST-1e来说，它可能如此强大，以至于热量基本上蒸发了高层大气，”Garraffo说。“数百万年后，地球可能会因这一现象而完全失去大气层。“

该团队的研究表明，行星失去大气层的方式不止一种。

团队成员和洛厄尔空间科学与技术中心研究员奥弗·科恩告诉Space，通常情况下，系外行星大气的损失被认为是由一些外部过程造成的。这包括来自恒星的强烈辐射，这可能导致大气升温并逃逸，或者恒星风中的带电粒子撞击行星，导致强烈的剥离效应。

“在这种情况下，大气的升温及其导致的损耗仅由快速的行星运动驱动。科恩说:“因此，地球只需简单地移动一下，就注定会失去大气层。”“这就像我们懒得清理车顶上的积雪一样，我们只是开始开车，希望汽车周围的空气会为我们做这件事并带走积雪——至少我们在波士顿地区是这样做的。

“我认为行星可以通过大气层做到这一点非常酷。”

其他Trappist-1行星呢？

在地球上，我们的磁气圈通过将带电粒子沿磁力线转移到地球后面来保护我们的大气层。火星缺乏强磁场，其大气层被太阳风和严酷的太阳辐射剥离。事实上，这颗红色星球可能因此失去了水。

Trappist-1e也被认为有磁层，但这些发现表明它可能不足以防止大气剥离。

“通常情况下，行星的磁场起到保护气泡的作用，但在TRAPPIST-1e周围，这个气泡受到了损害。该行星的磁场与恒星的磁场相连，创造了允许恒星粒子直接撞击行星的路径，”加拉福说。“这不仅剥离了大气层，还使其大幅升温，使TRAPPIST-1e及其邻居很容易完全失去大气层。”



整个Trappist-1系统将适合太阳系最内层行星水星的轨道。（图片来源:美国国家航空航天局大学/JPL加州理工学院）

Trappist-1e是这个迷人的岩石世界行星系统中心的红矮星的第四颗行星。天文学家此前发现，距离这颗恒星最近的系外行星Trappist-1b似乎已经失去了大气层。

研究小组认为电压驱动的焦耳加热也可能影响Trappist-1f和Trappist-1g，也剥夺了它们的大气，尽管程度比他们在Trappist-1e上看到的要小。这是因为，地球和太阳之间的距离分别是它们恒星距离的0.038倍和0.04683倍，这些行星在红矮星恒星风中的移动速度比Trappist-1e慢。

“距离Trappist-1较近的行星会有更极端的命运，而距离较远的行星会稍微温和一些，”Garraffo说。“我可以想象所有的Trappist-1行星都很难保持任何大气层。”

该团队的发现可能对Trappist-1系统以外的研究以及寻找可居住的系外行星和太阳系外生命的研究产生影响。他们认为，靠近恒星的系外行星很可能已经失去了大气层，即使它们完全位于恒星的宜居带内。

这些结果可能有助于进一步表明哪些恒星可能拥有表明生命存在的分子:生物标志物。

“我们的研究表明，这种低质量的主恒星可能不是最有希望容纳有大气层的行星的恒星，”加拉福总结道。“确定哪些宿主恒星可能有利于宜居行星，并利用詹姆斯·韦伯太空望远镜和未来的天文台观察这些大气凌日，同时建立从生物标志物角度解释这些结果的技术。”

该团队的研究发表在2月16日的《天体物理学杂志》上。