恒星系统 TRAPPIST-1 有 7 颗岩石行星,为寻找太阳系外行星大气层提供独特机会。TRAPPIST-1 是超冷红矮星,位于宝瓶座,距离我们约 40 光年,只比木星大一点,质量为太阳 8%。
2017年2月,天文学家宣布这颗恒星至少有7颗行星,分别为TRAPPIST-1b、c、d、e、f、g和h,大小都与地球、金星相似或略小。因更靠近母恒星,轨道周期都非常短,分别为1.51、2.42、4.04、6.06、9.21、12.35和20个地球日。
想知道岩石行星是否有大气层,过去只能研究真正厚实、富含氢大气层的行星。有了韦伯,现在终于可以开始寻找以氧气、氮气和二氧化碳为主的大气层。TRAPPIST-1c大小质量与金星大致相同,且从母恒星接收的辐射量与金星接收辐射量相似,研究人员认为可能有像金星厚厚二氧化碳的大气层。
天文学家使用韦伯中红外成像光谱仪(MIRI)在四个场合观察TRAPPIST-1系统,当行星从恒星后面经过,只观察到恒星光的现象称为次食(secondary eclipse)。
透过比较行星于恒星后亮度(仅恒星光)与行星于恒星旁亮度(恒星光和行星光总和),团队得以计算出行星受光面波长15微米的中红外光量。结果显示此行星是没有大气层的裸露岩石,或说这颗行星只有非常稀薄的二氧化碳大气层(比地球甚至火星稀薄),且没有云层。如果这颗行星有厚厚二氧化碳大气层,将会观察到非常浅的次食,或根本观察不到,因二氧化碳会吸收所有波长15微米的光。
光变曲线图显示行星TRAPPIST-1c移动到恒星后面时TRAPPIST-1系统的亮度变化。(Source:STScI)
观测数据还显示,这颗行星不太可能如金星有厚厚二氧化碳大气层和硫酸云。由于没有厚大气层,行星形成时可能只含较少水。如果更冷更温和的TRAPPIST-1行星在类似条件下形成,也可能一开始只含少量水和其他让行星适合居住的必要成分。
韦伯在次食期间检测到的亮度下降仅0.04%,相当于1万个小灯泡组成的显示器发现四个灯泡不亮了,科学家能有可测量并区分如此遥远行星各种大气的灵敏度已很了不起。
这几十年来,人们一直质疑岩石行星能否维持大气层,韦伯能力让我们以前所未有的方式将系外行星系统与太阳系比较。研究成果发表于《Nature》期刊。
TRAPPIST-1c测量亮度和三种情况模拟亮度数据比较。测量结果(红色菱形)与没有大气的裸露岩石表面(绿线)或没有云层非常稀薄的二氧化碳大气(蓝线)一致。类似金星(黄线)富含二氧化碳的厚重大气层和硫酸云不可能。(Source:STScI)













