这颗系外行星有很多水，适宜移民居住？

Lv.28蜂鸟

博科园VIP5

靓号：201486

牛顿

【博科园–科学科普（关注“博科园”看更多）】在2017年2月，全世界都震惊了，天文学家利用智利的特拉普望远镜和斯皮策太空望远镜的数据确定了TRAPPIST-1系统中7个岩态系外行星的系统。似乎这对太阳系外行星的爱好者们来说还不够鼓舞人心，但还表明七颗行星中有三颗围绕着恒星周围的宜居带(又称“宜居带”)轨道运行“适居带”)。自那时以来，该系统一直是大量研究和后续研究的重点，以确定其任何行星是否适宜居住。这些研究的本质是关于行星表面是否有液态水的问题。

这是一颗距地球仅16光年的红矮星。图片版权：ESO/M. Kornmesser/N. Risinger (skysurvey.org)

但是根据美国天文学家小组的一项新研究，特拉普斯行星实际上可能有太多的水来维持生命。这项研究题为“从富含水分的物质中推断出的TRAPPIST-1行星的向内迁移”，最近发表在《自然天文学》杂志上。这项研究的负责人是开曼·t·恩特伯恩(Cayman T. Unterborn)，他是地球和太空探索学院(SESE)的地质学家，包括史蒂文·j·德施(Steven J. Desch)、亚历桑德罗·洛伦佐(Alejandro Lorenzo)(也来自SESE)和娜塔莉·r·辛克尔(Natalie R. Hinkel)——来自纳什维尔范德比尔特大学(Vanderbilt University)的天体物理学家。

已经进行了多项研究，以确定是否有任何一颗trappi -1行星适宜居住。虽然有些人强调行星无法留住大气层太久因为它们围绕着的是一颗红矮星，其研究已经发现证据表明该系统life-swapping富含水。研究小组使用了先前的数据进行研究，试图对TRAPPIST-1行星的质量和直径进行限制，以计算它们的密度。这其中的大部分来自于一个名为Hypatia Catalog的数据集(由贡献作者Hinkel开发)，它将来自150多个文学来源的数据合并在一起，以确定恒星在我们太阳附近的恒星丰度。

利用这些数据，研究团队构建了大量的辐射成分模型，以确定每一个trappi -1行星的挥发性物质。TRAPPIST-1行星通常是岩态状物体的光，显示出高含量的挥发性元素(如水)。在类似的低密度世界中，挥发性成分通常被认为是大气气体的形式。但正如在最近的一篇SESE新闻文章中所解释的，TRAPPIST-1行星是另一件事：[T]他TRAPPIST-1行星的质量太小，不足以容纳足够的气体来弥补密度的不足。即使能够控制住气体，弥补密度赤字所需要的量也会使地球变得比我们所看到的要多。

一些行星围绕着超冷的红矮星TRAPPIST-1运行。图片版权：ESO

因此Unterborn和他的同事们决定，这个行星系统中的低密度成分必须是水。为了确定那里有多少水，研究小组使用了一种被称为ExoPlex的独特的软件包。该软件使用最先进的矿物物理计算器，使团队能够结合所有关于TRAPPIST-1系统的可用信息，而不仅仅是单个行星的质量和半径。发现内行星(b和c)是“干燥的”——质量低于15%的水——而外行星(f和g)的水质量超过50%。相比之下地球只有0.02%的水，这意味着这些星球的体积相当于数百个地球大小的海洋。

从根本上说这就意味着，这些trappi -1行星可能有太多的水来维持生命。在行星上拥有液态水是一种开始生命的方式，因为我们在地球上所知道的生命，主要是由水构成的，并需要它生存。然而一个有水的世界，或者没有任何水面之上的行星，没有重要的地球化学或元素周期，这是生命绝对必要的。这些发现对那些相信m型恒星最有可能在银河系中拥有可居住行星的人来说并不是个好兆头。红矮星不仅是宇宙中最常见的恒星类型，在银河系中仅占75%的恒星，与太阳系相对较近的一些恒星也被发现有一颗或更多的岩石行星围绕它们运行。

从地球上的系外行星表面看到的日落的印象概念图，图片版权：ESO/L. Calada

除了TRAPPIST-1之外，这些行星包括在LHS 1140和GJ 625附近发现的超级地球，在Gliese 667附近发现的三颗岩石行星，以及Proxima b——太阳系最接近的外行星。此外在2012年ESO的La Silla天文台使用HARPS摄谱仪进行的一项调查显示，银河系中可能存在数十亿颗围绕红矮星宜居带运行的岩石行星。不幸的是这些最新的发现表明，TRAPPIST-1系统的行星对生命是不利的。更重要的是，他们可能没有足够的生命来产生可以在他们的大气中观察到的生物特征。

这是基于这样一个事实：那些富含冰的trappi -1行星离它们的恒星的“冰线”要远比那些干燥的行星要近得多。在任何一个太阳系里，在这条线上的行星都将变得更不稳定，因为它们的水会蒸发，或者凝结成海洋表面(如果有足够的大气层的话)。在这条线之外，水将以冰的形式存在，并且可以被吸收形成行星。从分析中，研究小组确定TRAPPIST-1行星一定是在冰线之外形成的，并向它们的主恒星迁移，以假设它们现在的轨道。然而由于m型(红矮星)的恒星在第一次形成后是最亮的，随着时间的推移逐渐变暗，冰线也会向内移动。正如合著者Steven Desch解释的那样：行星迁移到何种程度将取决于它们是何时形成的。

围绕红矮星运行的行星表面可能会出现概念图，这颗行星位于宜居带，所以存在液态水。图片版权：M. Weiss/CfA

行星形成的越早，离恒星越远，就形成了这么多的冰。根据岩石行星形成所需的时间，研究小组估计行星最初的距离应该是现在的两倍。虽然有其他迹象表明这个系统中的行星随时间迁移，但这项研究是第一个量化迁移并使用合成数据来显示它的。这项研究并不是第一个表明围绕红矮星运行的行星实际上可能是“水世界”，这意味着在其表面上有大陆的岩石行星是相对罕见的。

与此同时研究表明，这些行星很可能很难保持住它们的大气层，然而在能更好地观察这些行星之前——这是可能的，随着下一代仪器的部署(如詹姆斯·韦伯太空望远镜)——将被迫建立我们不知道的东西的理论基础。通过慢慢地了解这些和其他系外行星，应该寻找太阳系以外的生命的能力将被提升。