太阳系外宜居行星,哈勃迈出大气观测第一步

利用NASA的哈勃空间望远镜,天文学家对温暖的地球大小太阳系外行星的大气层进行了首次探测,并找到了迹象进一步增加了两颗太阳系外行星上适合生命生存的可能性。

确切说来,他们发现距离地球大约40光年的两颗太阳系外行星TRAPPIST-1b和TRAPPIST-1c,不太可能像气态行星那样,拥有以氢气为主的蓬松大气。

“没有令人窒息的氢-氦气体包层,增加了这些行星适合生命生存的可能性。”科学团队成员、美国太空望远镜科学研究所(STScI)的尼科尔·刘易斯(Nikole Lewis)说,“如果它们有明显的氢-氦气体包层,那其中的任何一颗就都没有机会维持生命了,因为稠密的大气会起到温室一样的效果。”

美国麻省理工学院的朱利恩·德维特(Julien de Wit)带领一个科学家团队,利用哈勃望远镜上的第3代广域照相机,在近红外波段观测了这些行星。他们利用光谱分析解码了星光,揭示出了大气层中化学构成的线索。尽管这些行星的大气层中确切的化学成分仍然未知,还必须等待未来的进一步观测,但氢和氦含量不高已经让科学家兴奋不已。

“哈勃望远镜的这些初步观测,已经迈出了大有希望的第一步,让我们更加了解这些邻近的世界,是否像地球一样由岩石构成,是否能够维持生命。”NASA科学任务董事会执行副主席杰夫·约德(Geoff Yoder)说,“对于NASA和太阳系外行星研究来说,这是一个令人激动的时刻。”

这些行星绕着宝瓶座的一颗红矮星旋转,年龄至少有5亿年。它们是在2015年底由TRAPPIST的一系列观测发现的,这是一套比利时的远程自动望远镜,安置在欧洲南方天文台位于智利的拉西拉天文台内。

TRAPPIST-1b绕这颗红矮星旋转一圈需要1.5天,TRAPPIST-1c则需要2.4天。这两颗行星到恒星的距离,介于地球到太阳距离的1/100到1/20之间。由于它们的恒星要比我们的太阳黯淡许多,研究者认为至少其中一颗行星位于这颗恒星的宜居带内,表面温度适合水以液态形式存在,也可能两颗行星都在宜居带中。

5月4日,天文学家抓住了一次罕见的双重凌星现象,前后几分钟内这两颗行星都从那颗恒星前面经过,利用这次机会来测量从任何可能存在的行星大气层中穿透过来的星光。这样的双重凌星每2年才会发生一次,提供了一个叠加的信号,能够同时对这两颗行星的大气特征进行检测。

这些研究者希望利用哈勃望远镜展开后续观测,搜寻更薄一些的大气层,就像地球和金星的大气层一样,由比氢更重的元素构成。

这项研究的第二作者、NASA戈达德航天飞行中心的汉娜·韦克福德(Hannah Wakeford)说,“有了更多数据,我们或许能在这些大气层里检测甲烷,或者寻找水的特征,这将让我们能够估计大气层的厚度。”

包括NASA韦布空间望远镜(James Webb Space Telescope)在内的未来望远镜所作的观测,将帮助测定这些行星大气层的完整化学构成,并搜寻潜在的生物标记,比如二氧化碳和臭氧,以及水蒸气和甲烷。韦布望远镜还将分析行星的温度和表面气压——这都是评估行星宜居性的关键因素。

这些行星是SPECULOOS巡天项目发现的第一批地球大小的行星,该项目计划在1000多颗近距离红矮星周围搜寻地于大小的行星。到目前为止,该项目只分析了其中15颗恒星。

“这些地球大小的行星是第一批这样的行星,天文学家利用现有和规划中的未来望远镜就能够细致研究,并测定它们是否适宜生命生存。”德维特说,“哈勃望远镜有能力在大气初步筛选方面起到中心作用,告诉天文学家这些地球大小的行星中哪些更有希望,可供韦布望远镜来作更加细致的研究。”

作者:艾麦乐
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来源:果壳
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