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TRAPPIST-1系统是否存在生命，它的行星分别是什么样子？

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2020-11-25 09:22

原标题：TRAPPIST-1系统是否存在生命，它的行星分别是什么样子？

在众多系外行星中，距离地球约39.13光年的TRAPPIST-1是一个特别的存在。该行星系统拥有7颗类地行星，其中2颗行星的体积在火星和地球之间，而其他五颗行星都与地球的体积非常接近。共有3颗行星的轨道位于“宜居带”内，而较内侧6颗行星的轨道几乎都是共振的。与此同时，除了太阳系以外，TRAPPIST-1也是科学家们了解最多的行星系统。那么，该系统的这些行星可能是什么样的，可居住区内的外行星大气又具有怎样的特征？

TRAPPIST-1含水量的第一个提示

七颗小行星绕着矮星TRAPPIST-1附近运行，NASA通过哈勃太空望远镜探测了它们的内部，以确认是否有水存在。通过数据研究表明，这些小行星可能都含有大量的水，包括位于可居住区内的三个小行星。在行星大气的演化过程中，紫外线辐射是其中一个重要因素，系统的各个行星都会接收到紫外线辐射。这样的反应和地球上紫外线的阳光会将分子分开相似，外行星上的紫外线星光，也可以将外行星大气中的水蒸气分解成氢气和氧气。在这个被科学家们称为光解离的过程中，水分子会被低紫外线辐射的破坏，而具有更多能量的紫外线和X射线，则会加热行星的高层大气，从而使得光解离氢和氧的产物逃逸。它们也可能被潮汐锁定，这意味着行星的同一侧始终面向恒星，每一侧都是白天或黑夜。虽然行星都比水星更接近它们的恒星，但TRAPPIST-1的一些行星仍然可以保持液态水的存在。

氢气不仅可以逃离系外行星的大气层，还能通过望远镜在系外行星周围探测到，作为大气中水汽的可能指标。大量的紫外线能量都该系统里的两个行星所接收，它们是TRAPPIST-1b和TRAPPIST-1c。并且，科学家们通过观测TRAPPIST-1所发出的紫外线辐射量发现，在这些行星的演变过程中，已经失去了较大的水量：在过去的80亿年中，内行星可能已经失去了超过20倍地球上海洋的水量，而大气逃逸则可能在这些行星的演化过程中发挥重要作用。然而，系统的外行星失去的水相对更少，哪怕是位于可居住区的行星e、f和g ，这说明它们可以在其表面上保留一些特征。虽然，关于轨道TRAPPIST-1的行星含水量的最终结论，科学家们尚无法通过现有的数据和天文望远镜得出。但计算出的水损失率，以及地球物理水释放率也有利于最外层、更大质量的行星保留水的想法。

关于TRAPPIST-1行星大气层的线索

因为那些距离较远的行星，可能会将其表面的水冻结为冰；所以，以大气蒸汽这种形式存在水，最靠近恒星的行星才具有这样的可能性。水对TRAPPIST-1的行星有多大的影响，完全取决于它们从这个矮星上能得到多少热量。因为液态水对了解行星大气的问题很重要，所以，科学家才必须弄清这些行星的表面是有水的存在，这也是判断其是否适宜居住的重要因素。通过哈勃的探测数据，揭示TRAPPIST-1行星 – d、e和f 跟太阳系的气体巨星并不一样，富含氢气的大气层，会使行星变热且不适合生命存在。

TRAPPIST-1的行星就像是蜷缩在一起的，如果用一个比较形象的表达方式来说明，那就是当你站在其中一个世界的表面时，能够看到天空中相邻行星的壮观景色。早在2016年，哈勃也曾对这些行星进行过观测，但却并未发现c和d中存在氢气气氛的证据，但是，这些结果反而有利于行星上存在如地球，金星和火星这样更紧凑气氛的期望。科学家需要进一步观察以确定行星g中大气的氢含量，深入研究行星大气层，寻找如二氧化碳、甲烷、水和氧气这样更重的气体，它们的存在可以暗示生命是否存在和该行星的宜居性。

如何计算出TRAPPIST-1的行星密度

因为这些行星恰好排成一排，所以，当它们从恒星前面经过时，基于地球和太空的望远镜便可以探测到它的光线变化情况。科学家们可以通过过境法计算出行星的密度，行星的半径和星光变暗的量有关，然后再对所谓的“运输时间变化”加以利用。当然，由于TRAPPIST-1的行星紧密地组合在一起，所以研究人员需要稍微改变它们彼此“年”的时间。然后，通过轨道定时的变化，以用于估算行星的质量。最后，则将质量和半径用来计算该行星的密度。

TRAPPIST-1的行星可能是什么样的

在太阳系中，虽然月球和火星的表面看上去截然不同，但它们却拥有相似的密度。虽然我们和TRAPPIST-1的行星相距很远，科学家们尚无法确切知道每个行星的外观。密度是行星组成的重要线索，但依然没有清楚地说明该行星地可居住性。当然，现在所拥有的研究结果会成为向前迈出的重要一步，科学家们将继续探索这些行星是否能够支持生命。根据现有数据来看，也有科学家关于这些行星外观的最佳推测，其中有一些比较有意思地点，比如，最接近恒星的行星并不是最密集的行星，而较冷的行星并没有拥有厚厚的气氛。

TRAPPIST-1b是位于最里面的行星，它周围环绕的大气层比地球厚得多，还可能有一个岩石核心；而TRAPPIST-1c上的气氛相对行星b而言更薄，可能有一个岩石内部；在这些行星中，TRAPPIST-1d则是最轻的，约占地球质量的30％；TRAPPIST-1e是该系统中唯一比地球更密集的行星，虽然它不一定具有厚厚的大气层，海洋或冰层，却可能拥有比地球更密集的铁芯。就它的大小，密度，以及从恒星接收的辐射量而言，这是一个和地球最相似的行星；而TRAPPIST-1f，g和h都远离主星，在它们的表面上，水可以被冻成冰，如果它们同时还具有稀薄的气氛，那么，它们将不太可能含有像二氧化碳这样的地球重分子。

在TRAPPIST-1周围轨道上发现的七颗行星，它们都可以轻易地进入太阳系最内层行星水星的轨道。事实上，他们也有这样的空间，TRAPPIST-1不比木星大，也只是太阳质量的小部分。因此，从TRAPPIST-1系统的行星比例来看，这更像是木星及其卫星，而不是太阳系。TRAPPIST-1是位于水瓶座的一颗超酷的矮星，非常接近它的行星轨道，它的七个行星也都是地球左右大小的岩石行星。随着科学家对这些行星的了解越来越多，我们对TRAPPIST-1这个系统的理解也会随之变得更准确，这些行星的概念可能都会随着时间的推移而发生巨大变化。

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