擁有七顆系外行星的TRAPPIST紅矮星系,可能擁有怎樣的氣候環境?

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TRAPPIST紅矮星系統距離我們大約40光年,算是比較近的距離,與2017年發現。7顆行星中有3顆位於宜居帶上,但由於紅矮星溫度偏低,宜居帶距離紅矮星過近,不太可能宜居。

而在宜居帶之外的4顆行星表面溫度大幅下降,液態水將很快凍結,甚至連氣體都會凝結成固體掉在地上。如果行星上存在生物以及生態系統,那麼它們將受到比冰河世紀還要嚴酷的嚴寒考驗,而且這個冰川期是不會過去的。

這也是人類尋找高等外星生物的一個嘗試:如果一顆恆星的亮度非常穩定,卻會週期性出現20%左右的亮度下降,也就意味著有一個很大的物體在恆星前發生掩食,甚至還有科學家模擬了不同形狀的人造物體經過恆星前發生掩食造成的光變曲線。

行星的地貌應該不會受太大影響,畢竟球外的行星很多將被冰雪覆蓋,不排除氣態行星的大氣被凍結的可能。


川陀太空問答


在迄今為止發現的近 4000 個系外行星中,沒有一個像 TRAPPIST-1 那樣如此吸引科學家的注意力。

這個恆星系由七個與地球大小相近的行星組成,它們圍繞著一顆紅矮星運行、且其中有三個位於宜居帶內,意味著生命存在的可能。

有鑑於此,華盛頓大學領導的一支天文學家團隊,對 TRAPPIST 恆星系潛在的各種氣候模式,進行了一番模擬。

【氣候“溫和”的 TRAPPIST-1 f 系外行星,可能長這個樣子(但也真實環境也可能令人窒息)】


當我們在太空中尋找生命時,傾向於從與地球環境相仿的地方開始,畢竟這是我們迄今唯一知道有生命存在的地方。

然而我們所在的這顆藍色星球,似乎是跳出規則的一個例外。鑑於紅矮星是宇宙中最常見的恆星,所以我們也要對其進行檢視,看這裡是否有創造生命的適當條件。

在這項新研究中,團隊對恆星發出的光、輻射、以及與七顆行星大氣的相互作用進行了物理模擬,以確定它們可以演變出哪些不同的氣候。研究一作 Andrew Lincowski 表示:

我們正在模擬不熟悉的環境,而不僅僅是假設我們在太陽系中看到過的事情,以展示這些不同類型的大氣是個什麼樣子。

這一連串的行星,讓我們得以洞察行星的演變,特別是圍繞一顆與太陽系截然不同的恆星,這是一座有待挖掘的金礦。

與太陽相比,TRAPPIST-1 微小而低溫。因此行星的密度需要堆積得足夠近,才能確保其溫度足夠支撐液態水的存在。

遺憾的是,紅矮星通常比太陽更加活躍。撞擊其行星的額外輻射,很容易將生命扼殺於搖籃之中。

【TRAPPIST-1 系統裡的七顆行星,如上圖所排列(via:NASA / JPL-Caltech)】


根據該團隊的氣候模擬,最接近該恆星的 TRAPPIST-1 b,將是一個沸騰、完全荒涼的世界。

隊列後續的 TRAPPIST-1 c 和 d 略顯溫和、但依然很熱(類似金星),厚重的大氣不適宜生命的存活。

接下來的 TRAPPIST-1 e,處於一個最佳的位置,被認為是該星系中最有可能存在生命的場所。新模型顯示,這顆行星有望被全球海洋給覆蓋,從而形成近似於地球的氣候。

靠近恆星系邊緣的 TRAPPIST-1 f、g 和 h,很可能因為氣溫太低而凍結、顯得有些荒涼。

不過研究團隊指出,模擬的情況並不是絕對的。在現實情況下,所有七顆行星,都有可能是類似於金星的世界 —— 擁有炎熱而緻密的大氣層。

在這顆恆星的青年時期,可能經歷過一個鬧騰的階段 —— 燃燒得更熱更亮、破壞了生命存在的機會。

如果任何一顆 TRAPPIST 行星擁有也太海洋,此時會被高溫蒸發掉。而來自恆星的極端紫外線,會將水汽分解成氫氣和氧氣,而不像降雨那樣留在大氣層中。

讓氫氣逃逸到太空,只留下幾乎純淨的氧氣,這是以前從未見過的。

團隊表示,這項研究有助於未來的行星望遠鏡研究(比如詹姆斯·韋伯),以更好地瞭解任務所需要尋找的宜居性特徵。

有關這項研究的詳情,已經發表在近日出版的《天體物理學》(The Astrophysical Journal)雜誌上。原標題為:

《Evolved Climates and Observational Discriminants for the TRAPPIST-1 Planetary System》


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