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[科教] MIT天文学家独家披露7颗类地行星的细节

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发表于 2-24-2017 09:04 AM | 显示全部楼层 |阅读模式

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北京时间2017年2月23日凌晨2点(美国东部时间2月22日下1点),美国宇航局(NASA)举行新闻发布会,宣布其通过Spitzer太空望远镜首次发现了一个拥有7颗类地行星的星系,并将其命名为TRAPPIST-1,这又为宇宙中生命的存在提供了另一种可能。

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行星表面概念图

本次发现的论文刊登在2月22日的《自然》杂志上。MIT News成功的采访到了该团队中的一名成员,MIT地球大气与行星科学系(MIT EAPS)的博士后Julien de Wit。在这个团队中,他负责分析这些行星的大气成分,寻找可以支持生命的线索。

以下是该采访的主要内容: 你可以描述一下这7颗行星的详细信息吗?

Julien de Wit:这些行星具备适宜人类生存的必备条件:接近地球大小的尺寸、合适的温度、可以立即开始展开研究的大气。合适的温度意味着这些行星表面有很大的可能存在液体水,适合进行研究的大气则意味着,由于恒星系与地球之间的距离较近,我们可以在10年之内获得关于它们大气层的非常详细的分析。

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TRAPPIST-1星系概念图

这个星系中的恒星被命名为TRAPPIST-1,距离地球约39光年(235万亿英里),是一颗表面温度极低的红矮星:它的温度只有2550K左右,相比之下,我们太阳的温度为5800K。

该星系中各行星分布的十分紧凑,离母恒星最近的TRAPPIST-1b只有日地距离的1%,公转周期仅1.5天,最远的TRAPPIST-1h也不过日地距离的6%,公转周期约20天,只相当于水星和太阳之间距离的五分之一。

而这种近距离情况下引发的潮汐锁定,意味着它们总是以同一个半球对着TRAPPIST-1,即一侧永远是白天,另一侧永远是黑夜。

TRAPPIST-1半径只有太阳的11%,但正就是较小的体积使得该星系很容易被发现。而发现这些行星的方法就是凌日法:当一颗行星从恒星前方横越时,该恒星的视觉亮度将会略微下降。

由于亮度下降的程度和行星与恒星的面积比成正比,因此恒星越小,行星越容易被发现。假如TRAPPIST-1和太阳同等大小,那这些行星的信号将会减弱80倍。

最为神奇的是,这 7 颗行星都是已知行星里最适合生命生存的行星,而它们又都在同一个星系里。

这意味着,我们将有机会对每颗行星都进行深度的研究。

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七个行星的外形概念图

为了进一步研究该系统,我们已经开始动员全球各地从紫外线到无线电波观测的一切天文资源。在MIT,研究生Mary Knapp正在联合一大群国际专家使用无线电波寻找行星磁场,我则在主导使用哈勃天文望远镜进行的大气探测工作。

根据哈勃于5月份的观察数据,我们已经可以确定这个星系最内侧的两颗行星并没有由氢气组成的大气层。

这意味着它们并不会像海王星一样不适宜生存,而是与水星、金星、地球以及火星相似的类地行星。我们同时正在处理关于其他行星的最新观察数据,并会在近期得出新的分析结果。

和我们讲一下发现那天的状况,是什么让你们发现这所有的行星都有可能是与地球相似类地行星?

Julien de Wit:那简直是难以置信的一天。在2016年9月19日,NASA的Spitzer太空望远镜开始进行对TRAPPIST-1为期20天的亮度监视。10月6日,前十天的观察数据被NASA公布到其安全服务器上。有趣的是,当天,Michael Gillon(编辑注:比利时列日大学天文学家,该团队的主研究员)正驻扎在摩洛哥,而他当时无法连接上互联网,所以当时他无法第一时间研究这些数据。

所幸的是,另外四名研究员(Jim Ingalls, Brice-Olivier Demory, Sean Carey 和我自己)连接上了这些数据。当我下载完这些数据并迅速完成一轮处理后,我们完全被惊呆了,这是一次“前所未有”的经历:纯肉眼观看,我数出了比预料中还要多5次的凌日现象——令人惊喜若狂。

在与Michael进行了复查之后,我们当时认为,该星系比预料中还要多3颗行星,其中的一颗为“超级地球”。

只不过这颗“超级地球”后来被证明是判断失误,它其实是两颗行星同时横越恒星前面时的痕迹。

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七个行星与地球对比图

我们最终的结论为:又发现4颗行星,全部为地球大小的体积。在后十天的数据于10月27日被发布后,我们在网上开了个小会,共同庆祝了一下。

那是令人一个十分激动的瞬间。

在这些行星里,生命的存在的几率是多少?我们怎么来验证?

Julien de Wit:我们目前没有任何答案,但是我们在近期将有机会找出这一问题的答案。我们所知道的是这些行星的条件很好,因为它们的大小与地球相似,并且温度适宜。

现在,我们需要研究出它们的地表条件,具体来讲如下:(1)算出它们具体的质量;(2)分析出它们大气层的类型;(3)判断出它们是否地表有液体水存在;(4)寻找生命的痕迹。

这四点需要多个学科在未来的 20 到 25 年里进行大量的合作。

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TRAPPIST-1行星轨道运行与太阳系行星轨道运行对比

当行星之间的距离过于接近,公转轨道之间有固定的空间时,它们之间的引力会进行互相干扰,这将会略微影响凌日的时机。

通过测量这些微小的变化,我们可以计算出它们的质量。在得知它们的体积和质量之后,我们就可以计算出它们的密度,让地质物理学家们更好的推测它们内部的构成。

通过一个放大版的大气探测项目,我们将会对它们的大气层进行分析。在未来的 2 年里,我们希望利用哈勃望远镜找到由水汽或甲烷组成的大气层。

而未来的詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)将可以帮助我们分析出这些行星大气层的成分、温度以及气压的数据。

这些数据对于判断行星表面情况无比重要。

值得注意的是,只有在我们完全了解该恒星的光线在穿透这些行星的大气时是如何受到气温、气压以及其他气体的影响后,我们才可以得到这些数据。而只有在得到这些数据后,我们才可以分析这些行星是否可以用于人类定居。

在这些行星上寻找生命的痕迹时,最重要的一点就是判断什么才是生命的痕迹,也就是生命特征。

在这方面,生物化学家的意见十分重要。幸运的是,在麻省理工学院,我们已经开始研究该课题了:Sara Seager教授与剑桥大学的博士后Janusz Petkowski 和William Bains 正在研究生命可以占领的化学空间。

他们将在未来为我们提供一个生物标记物的列表,帮助我们判断所探测到的气体是否代表生命的存在。

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登陆TRAPPIST-1 e号行星的概念图

到2018年,NASA耗费88亿美元打造的詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)将加入此项研究。2020年代中期,欧洲超大望远镜和巨型麦哲伦望远镜也计划加入研究。

进一步的研究将会揭开更多的未解之谜。

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发表于 2-24-2017 09:37 AM | 显示全部楼层
感谢爸爸回来了分享~~~
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发表于 2-24-2017 02:12 PM 来自美国米群网手机版 | 显示全部楼层
NatalieZheng回帖支持!~~~
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