JWST 传达有关 TRAPPIST-1 星球生命的坏消息

当全球事件让我们思考人类是否有能力坚持下去时，我们很自然地会想知道其他世界、其他生命、其他智慧物种，以及这些其他物种是否更适合在他们面临的任何大过滤器中生存。

这些都是天方夜谭的想法，但它们有具体细节的想法的基础。它首先要确定其他恒星周围宜居带中的哪些行星实际上可能是宜居的。

这始于液态水和可以容纳它的对生命友好的氛围。

发现特拉普斯特-1几年前，系统引起了很大的轰动。它包含七个大致类似于地球的世界，其中三个或四个位于红矮星紧凑的宜居带内。

根据一些研究，其中之一 TRAPPIST-1 d 可以在其表面或至少在其表面的一部分上容纳水。但如果没有合适的大气层，行星就无法保留地表水，JWST 的新观测表明 TRAPPIST-1 d 没有类地大气层。

TRAPPIST-1 系统与我们的太阳系的比较。TRAPPIST-1 d 位于恒星宜居带的内缘。(美国宇航局/喷气推进实验室-加州理工学院)

JWST 于 2022 年 11 月使用其 NIRSpec/PRISM 仪器连续观测了 TRAPPIST-1 d 的两次凌日。来自加拿大、英国、法国和美国的研究人员分析了这些凌日的数据，得出的结论是，这颗有前途的系外行星没有类地大气层。

他们的结果发表在一篇论文中天体物理学杂志标题为 ”对温带岩石系外地球 TRAPPIST-1 d 潜在次生大气的严格限制。“ 主要作者是芝加哥大学和蒙特利尔大学特罗蒂尔系外行星研究所（IREx）的 Caroline Piaulet-Ghorayeb。

“虽然 TRAPPIST-1 d 可能被证明是一块被残酷的红星照亮的贫瘠岩石，但外行星 TRAPPIST-1e、f、g 和 h 可能仍然拥有厚厚的大气层。”

作者在他们的研究中写道：“附近的 TRAPPIST-1 系统拥有七颗小岩石行星，围绕一颗晚期 M8 恒星运行，为寻找温带类地世界中的次生大气提供了前所未有的机会。

“在这里，我们展示了 TRAPPIST-1 d 的第一个 0.6–5.2 μm NIRSpec/PRISM 透射光谱，来自两次 JWST 凌日。”

TRAPPIST-1 d 位于 TRAPPIST-1 宜居带的内边缘。它是透射光谱的一个很好的目标，这些 JWST 观测提供了行星大气层的第一个详细透射光谱。不幸的是，光谱是平坦的，这意味着没有可检测到的大气特征。

“最终，我们想知道像我们在地球上享受的环境这样的东西是否可以存在于其他地方，以及在什么条件下存在。虽然詹姆斯·韦伯太空望远镜使我们能够首次在地球大小的行星中探索这个问题，但此时我们可以从潜在的地球双胞胎或表亲列表中排除 TRAPPIST-1 d，“主要作者 Piaulet-Ghorayeb 在一份声明中说新闻稿.

JWST 未能检测到地球大气中存在的分子类型，如甲烷、二氧化碳和水。然而，这并不能完全排除一种氛围;还有其他几种可能性。

“我们没有检测到 TRAPPIST-1 d 周围的大气层有几个潜在原因。它可能有一个极其稀薄的大气层，很难被发现，有点像火星.

“或者，它可能有非常厚的高空云层，阻碍了我们对特定大气特征的探测——更像是金星.或者，它可能是一块贫瘠的岩石，根本没有大气层，“Piaulet-Ghorayeb 说。

研究 TRAPPIST-1 d 及其大气层不仅仅是排除其宜居性。这涉及到更大的科学努力。

太阳系轨道、TRAPPIST-1 轨道和伽利略月球轨道的视觉比较。(ESO/O. 富尔塔克)

红矮星或 M 矮星，如 TRAPPIST-1 很常见，并且可能是银河系中数量最多的恒星类型。众所周知，它们拥有自己的岩石世界，我们可以合理地怀疑生命是否持久。

但红矮星也以其剧烈的耀斑而闻名，TRAPPIST-1 也不例外。它每隔几天就会耀斑一次，每年会喷出四到六次超级耀斑.这种强大的耀斑活动可以粉碎任何行星大气层，使 TRAPPIST-1 行星适合居住。

然而，红矮星耀斑和宜居性存在相当大的不确定性。一些研究表明，面对来自恒星的日冕物质抛射，行星无法保留大气层。

但至少其中一些行星有可能保留它们的大气层。例如，强大的行星磁场可以提供防止恒星耀斑的保护屏障。JWST 为了解红矮星耀斑对大气的影响开辟了一条道路。

“韦伯灵敏的红外仪器使我们能够首次深入研究这些更小、更冷的行星的大气层，”该研究的合著者、蒙特利尔大学 IREx 的 Björn Benneke 说。

“我们实际上才刚刚开始使用韦伯在地球大小的行星上寻找大气层，并定义可以保持大气层的行星和不能保持大气层的行星之间的界限。”

JWST 光谱中的唯一特征归因于恒星污染而不是大气吸收。作者写道：“我们精确的透射光谱可以仅用恒星污染来完全解释，因此使我们能够排除各种潜在大气金属丰度的无云或厚大气情况。

这位艺术家的 TRAPPIST-1 d 插图是几年前的，当时科学家们想知道它的性质以及它是否可以支持液态水。(美国宇航局/喷气推进实验室-加州理工学院)

低分子量大气层对行星来说更难保留，这些观测结果排除了这些类型的氢气主导大气层。观测结果还排除了像金星或巨人的。

唯一剩下的是极其稀薄的大气层，不太可能增强宜居性，或者由高云主导的大气层，掩盖了 JWST 的分子吸收特征。但这项研究实际上排除了它们。

“因此，我们得出结论，（1）我们的透射频谱排除了厚厚的无云富氢大气;（2）在恒星辐照下TRAPPIST-1 d的形成和演化背景下考虑TRAPPIST-1 d时，强烈反对稀薄的富含H2的替代品;（3）如果 TRAPPIST-1 d 具有低金属丰度大气层，预计不会在 TRAPPIST-1 d 上形成高空云或雾霾，“研究人员解释道。

这项工作几乎可以肯定地将 TRAPPIST-1 d 从潜在宜居、支持水的系外行星列表中剔除。这是自然，所以 TRAPPIST-1 d 的消除并不是绝对确定的。

“我们的观测还不能完全排除文献中预测的 TRAPPIST-1 d 的其他潜在大气情景，”作者解释说，并指出其他涉及气候模型的研究暗示了这颗潮汐锁定的行星可能会在其终结器处形成高空水云，从而阻挡大气吸收信号。

但是系统中的其他行星呢？

“TRAPPIST-1 行星周围的大气层并没有失去所有希望，”Piaulet-Ghorayeb 说。“虽然我们没有在 d 行星上发现一个大而大胆的大气特征，但外行星仍有可能保留大量水和其他大气成分。”

然而，外行星并不是 d 行星那样有趣的科学目标。它们离星星更远，也更冷。即使是 JWST 的强大仪器也在这种情况下举步维艰。虽然没有这些世界的详细光谱，但研究人员仍然得出了一些结论。

“我们发现，即使 TRAPPIST-1 d 的大气层完全损失也不排除外 HZ 行星 TRAPPIST-1 e、f 和 g 的大气层存在，”作者在结论中写道。与内行星相反，这些外行星有可能保留着它们的水，“即使它们最初只吸积了几个地球海洋的挥发物”。

“我们的侦探工作才刚刚开始。虽然 TRAPPIST-1 d 可能被证明是一块被残酷的红星照亮的贫瘠岩石，但外行星 TRAPPIST-1e、f、g 和 h 可能仍然拥有厚厚的大气层，“该论文的合著者瑞安·麦克唐纳（Ryan MacDonald）补充道，他现在在英国圣安德鲁斯大学，之前在密歇根大学。

“多亏了韦伯，我们现在知道 TRAPPIST-1 d 与一个热情好客的世界相去甚远。我们了解到地球在宇宙中更加特殊。

作为一个人意味着见证人类最伟大、最胜利的成就和团结时刻，也意味着见证我们对彼此采取的堕落行为。

有思想的人一定会怀疑是否有其他世界可以容纳生命。每个潜在的宜居世界都是一线希望，即人类尽管有种种挣扎，但并不是唯一的智慧物种。

如果我们仰望天空和系外行星，以某种方式缓解人类的麻烦，TRAPPIST-1 d 不会提供它。如果这项研究是正确的，那么它就会从激发希望的系外行星名单中剔除。

继续下一个。