40光年外,擁有七顆「龍珠」的星系——TRAPPIST-1!

作為太陽系的一員,我們都知道,我們太陽系有著八顆行星,就目前為止,擁有和我們太陽系差不多行星的恆星系統還是很少的,目前科學家和天文學家所發現的有七顆行星以上的恆星系不過一手之數,而這TRAPPIST-1系統就是這極少數中的一個。TRAPPIST-1是一顆很小的恆星,是一顆表面溫度極低的紅矮星,位於寶瓶座,距離地球大約40光年,這顆恆星很小,只比木星大一點,體積相當於太陽的11%,質量為太陽的8%,表面溫度為2550k。由於它是紅矮星,表面低光率使得它擁有12萬億年長的壽命,在它的一生裡,我們太陽的壽命就像我們眼裡的蜉蝣。

40光年外,擁有七顆“龍珠”的星系——TRAPPIST-1!

太陽與TRAPPIST-1

TRAPPIST-1是顆小恆星,也許在科學家和天文學家眼裡並沒有多麼引人注目,因為在太陽旁邊就有一顆紅矮星——比鄰星可以研究,但是,TRAPPIST-1還是吸引了很多天文學家的目光,因為在2017年2月,它被發現擁有7顆圍繞它公轉的行星,而且七顆都是類地行星,行星數量僅次於我們太陽系和開普勒-90星系。它的七顆行星按順序分別命名為b、c、d、e、f、g、h。其中5顆(b、c、e、f、g)的體積與地球接近,另外兩顆(d、h)的體積則在火星與地球之間。有3顆(e、f 、g)的軌道位於宜居帶內。其中較內側的6顆行星的質量總和佔母恆星的0.02%。這7顆行星的平均密度在地球的0.6至1.17倍之間(地球密度 ρ⊕ 為 5.51 g/cm3),代表它們主要由岩石組成。其中6顆密度的誤差範圍過大,無法指出組成成分中是否有揮發物質與含量,只有TRAPPIST-1f的值為 0.60±0.17 ρ⊕,暗示可能存在水冰層甚至大氣層等揮發成分。TRAPPIST-1的7顆行星公轉軌道都遠小於水星的公轉軌道。最內側的2顆(b與c)與母恆星距離只相當於地球與月球距離的1.6倍。每顆行星應該在彼此的天空中顯著地交錯出現,並且在某些情形下,所見到的直徑會是地球上所見月球直徑數倍 。最靠近母恆星的行星其一“年”僅相當於1.5個地球日,而第6顆行星的軌道週期也只有12.3個地球日。第7顆行星的軌道週期大約是20個地球日,這是因為目前只觀測到它的一次凌星現象。一般認為年輕矮星表面會發生頻繁而強烈的耀斑,會使靠近母恆星的行星大氣層被剝離 。

40光年外,擁有七顆“龍珠”的星系——TRAPPIST-1!

TRAPPIST-1星系

TRAPPIST-1系統中較內側6顆行星的軌道幾乎是共振的,而且是太陽系外行星系統中已知最長的近共振鏈,這現象被認為是所有行星在距離母恆星更遠處形成後,在殘餘的原行星盤內向內部遷移時互相交互作用造成。這樣的向內遷移過程增加了液態水存在於這些行星表面的機率。最外側行星的軌道週期仍無法得知較精確數值,無法得知是否與其他6顆行星共振。

因TRAPPIST-1系統規模相對較小,且行星通過恆星盤面與觀測者之間時會產生凌星現象,天文學家可在TRAPPIST-1的行星凌星時觀測恆星光通過行星大氣層後的光譜變化以研究行星光譜。從哈勃空間望遠鏡獲得的TRAPPIST-1b與c合併透射光譜分析結果排除前述兩顆行星大氣層中主要是由氫組成的無雲大氣層可能性;因此它們不太可能有延伸到高處的高層大氣層,除非是在高空處有較多雲層。兩顆行星其他大氣層結構分佈則是從無雲水蒸氣組成至類似金星大氣層,並且表現是無特徵的連續譜。透過詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)與歐洲極大望遠鏡(EELT)等未來望遠鏡的觀測,天文學家預期將可觀測到行星大氣層內的溫室氣體成分,允許天文學家更精準地推測系外行星表面狀況。未來的望遠鏡觀測結果或許還可以偵測到大氣層內的臭氧與甲烷等允許生命存在的化學環境特徵。

40光年外,擁有七顆“龍珠”的星系——TRAPPIST-1!

TRAPPIST-1和木星的對比

TRAPPIST-1的所有7顆行星可能都已被潮汐鎖定(即自轉週期等於公轉週期),這讓該系統行星演化生命“更具挑戰性”。另一個較低的可能性則是某幾顆行星被鎖定在較高階的自轉軌道共振狀態。被潮汐鎖定的行星可能會在永晝的晝半球和永夜的夜半球之間有極大溫差,這可能會產生環繞行星的極強風。因此,這類行星晝半球與夜半球之間的晨昏可能是最適合生命生存的區域。

40光年外,擁有七顆“龍珠”的星系——TRAPPIST-1!

TRAPPIST-1星系和太陽系

在TRAPPIST-1星系的七顆行星裡,有幾顆與地球及金星十分相似。研究認為,鑑於它們的大小及與低強度恆星的距離,它們表面或有區域的溫度適宜生存及容許液態水出現。米夏埃爾·吉隆(Michael Gillon)表示,這是第一次在太陽系以外,發現在星球上可能有生物的痕跡,而且體積與地球相似,是目前最有潛質可作移居的星球。參與研究的美國麻省理工學院博士威特表示:“這次發現有如天文科學界中頭獎。” 2017年2月23日凌晨2點,天文學家宣佈,在距離地球40光年的單顆恆星周圍發現7顆地球大小的類地行星,其中3顆確定位於宜居帶內,或許它們都有水存在。該發現一舉打破了在太陽系外單顆恆星周圍發現“宜居帶內”行星數量的紀錄。


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