TRAPPIST-1c的红外线测量表明它可能并不像曾经想象的那样像金星。

韦伯排除了岩石系外行星存在浓厚的二氧化碳大气层的可能性

NASA的詹姆斯韦伯太空望远镜成功测量了TRAPPIST-1c的热辐射，TRAPPIST-1c是一颗系外行星，围绕一颗距离地球40光年的红矮星运行。它的白天温度约为225华氏度，是使用这种方法描述过的最冷的岩石行星。

不幸的是，对于那些希望TRAPPIST-1系统真正模拟我们自己的人来说，结果有点令人失望。虽然TRAPPIST-1c的大小和质量与金星大致相同，并且从其恒星接收的辐射量也相同，但它似乎不太可能拥有同样厚的二氧化碳大气层。这表明这颗行星，或许整个系统，可能是在只有很少水的情况下形成的。结果是确定行星大气层能否在红矮星的剧烈环境中幸存下来的最新探索。

一个国际研究小组使用美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜计算了来自岩石系外行星TRAPPIST-1c的热能。结果表明，这颗行星的大气层——如果存在的话——非常稀薄。

TRAPPIST-1c的白天温度约为380开尔文(约225华氏度)，现在是根据热辐射表征的最冷的岩石系外行星。这些测量所需的精度进一步证明了韦伯在描述与我们太阳系中的岩石系外行星大小和温度相似的岩石系外行星方面的实用性。

这一结果标志着在确定围绕像TRAPPIST-1(银河系中最常见的恒星类型)这样的小红矮星运行的行星是否能够维持我们所知的生命所需的大气层方面又迈出了一步。

“我们想知道岩石行星是否有大气层，”德国马克斯普朗克天文学研究所的研究生塞巴斯蒂安齐巴说，他是今天发表在《自然》杂志上的结果的第一作者。“过去，我们只能真正研究大气层浓厚、富含氢气的行星。有了韦伯，我们终于可以开始寻找以氧气、氮气和二氧化碳为主的大气层。”

“TRAPPIST-1c很有趣，因为它基本上是金星的双胞胎：它的大小与金星大致相同，并且从其宿主恒星接收的辐射量与金星从太阳接收的辐射量相似，”共同作者LauraKreidberg解释说，同样来自Max普朗克。“我们认为它可能像金星一样拥有厚厚的二氧化碳大气层。”

TRAPPIST-1c是围绕距地球40光年的超冷红矮星(或M矮星)运行的七颗岩石行星之一。尽管这些行星在大小和质量上与我们太阳系内的岩石行星相似，但尚不清楚它们是否确实具有相似的大气层。在它们生命的最初十亿年里，M型矮星会发出明亮的X射线和紫外线辐射，可以轻易地剥离年轻行星的大气层。此外，在行星形成时，可能有也可能没有足够的水、二氧化碳和其他挥发物来形成大量的大气层。

为了解决这些问题，该团队使用MIRI(韦伯的中红外仪器)在行星移动到恒星后面时在四个不同的场合观察了TRAPPIST-1系统，这种现象被称为二次日食。通过比较行星在恒星后面时的亮度(仅限星光)与行星在恒星旁边时的亮度(来自恒星和行星的光的总和)，该团队能够计算出波长为地球日面释放出15微米。

这种方法与另一个研究小组使用的方法相同，以确定系统中最内层的行星TRAPPIST-1b可能没有任何大气层。

行星发出的中红外光量与其温度直接相关，而温度又受大气影响。二氧化碳气体优先吸收15微米的光，使行星在该波长下显得更暗。然而，云可以反射光线，使地球看起来更亮并掩盖二氧化碳的存在。

此外，任何成分的大量大气都会将热量从白天重新分配到夜晚，导致白天温度低于没有大气时的温度。(因为TRAPPIST-1c的轨道离它的恒星很近——大约是金星和太阳之间距离的1/50——它被认为被潮汐锁定，一侧处于永恒的白天，另一侧处于无尽的黑暗中。)

尽管这些初始测量并未提供有关TRAPPIST-1c性质的明确信息，但它们确实有助于缩小可能的可能性。“我们的结果与这颗行星是一块没有大气层的裸露岩石，或者这颗行星的CO2大气非常稀薄(比地球甚至火星上的都稀薄)且没有云层是一致的，”Zieba说。“如果这颗行星有浓厚的CO2大气层，我们会观察到一次非常浅的二次日食，或者根本没有。这是因为CO2会吸收所有15微米的光，所以我们不会检测到任何来自这个星球。”

数据还表明，这颗行星不太可能是真正的金星模拟行星，具有厚厚的CO2大气层和硫酸云。

没有厚厚的大气层表明这颗行星可能是在水相对较少的情况下形成的。如果更冷、更温和的TRAPPIST-1行星是在类似的条件下形成的，那么它们也可能是在形成宜居行星所需的水和其他必要成分很少的情况下开始的。

在如此遥远的一颗小行星上区分各种大气情景所需的灵敏度确实非常了不起。韦伯在二次日食期间检测到的亮度下降仅为0.04%：相当于观看10,000个小灯泡的显示屏并注意到只有四个熄灭了。

Kreidberg说：“我们可以测量这一点，这是非同寻常的。”“几十年来一直存在关于岩石行星是否可以保持大气层的问题。韦伯的能力确实将我们带入了一种机制，我们可以开始以前所未有的方式将系外行星系统与我们的太阳系进行比较。”

这项研究是作为韦伯的一般观察员(GO)计划2304的一部分进行的，该计划是韦伯科学第一年的八个计划之一，旨在帮助全面表征TRAPPIST-1系统。明年，研究人员将进行后续调查，以观察TRAPPIST-1b和TRAPPIST-1c的完整轨道。这将使我们有可能看到两颗行星从白天到夜晚的温度如何变化，并将进一步限制它们是否有大气层。