系外行星可能揭示宜居边缘的秘密

卡尔·萨根研究所所长丽莎·卡尔特内格领导的一项新研究表明，最近发现的一颗系外行星可能是解开这个谜团的关键，它提供了有关恒星宜居带内边缘条件以及地球和金星为何发展如此不同的重要见解。文理学院(A&S)天文学副教授。

Kaltenegger的团队发现，“超级地球”系外行星LP890-9c(也称为SPECULOOS-2c)的轨道靠近太阳系宜居带的内边缘，根据它是否仍然有温暖的海洋，它看起来会非常不同，蒸汽大气层或者它失去了水，假设它曾经有像地球一样的海洋。

“观察这颗行星将告诉我们在宜居带的内边缘发生了什么——当一颗岩石行星开始变热时，它可以维持宜居性多久，”卡尔特内格说。

“它将教会我们一些基本知识，了解岩石行星如何随着星光的增加而演化，以及有一天我们和地球会发生什么。”

卡尔滕内格是《炎热的地球还是年轻的金星?》一书的主要作者。附近的凌日岩石行星之谜”，6月21日发表在《皇家天文学会月刊：快报》上。

共同作者是丽贝卡·佩恩(RebeccaPayne)，天文学系(A&S)助理研究员;ZifanLin‘20，麻省理工学院博士生;JamesKasting，宾夕法尼亚州立大学名誉教授;比利时列日大学博士后研究员LaetitiaDelrez领导的国际团队于2022年9月报告了LP890-9c的发现。

加州理工学院研究生乔纳森·戈麦斯·巴里恩托斯(JonathanGomezBarrientos'22)领导的一篇配套论文表明，美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)可以区分这颗系外行星潜在的不同大气层，使其成为旗舰天文台的主要目标。

卡尔特内格与瑞恩·J·麦克唐纳(RyanJ.MacDonald)合着了《正在形成的金星?JWST对超冷M矮行星LP890-9c观测的预测。”

Delrez团队(包括Kaltenegger)去年宣布，LP890-9c是围绕距离地球100光年的红矮星运行的两颗超级地球系外行星之一。(美国宇航局的凌日系外行星勘测卫星此前已识别出LP890-9b。)他们表示LP890-9c上可能存在液态水或富含水蒸气的大气层，该卫星比地球大约40%，围绕着LP890-9b中的小而冷的恒星运行。8.5天。

这些标准表明，除了TRAPPIST-1系统之外，它是JWST在已知的、可能适合居住的类地行星中研究的最佳目标之一。

“Kaltenegger教授和我认为这颗系外行星可能是JWST的绝佳目标，”Barrientos说，“但现在我们已经证明了这一假设，LP890-9c可能会揭示边缘是否可能存在生命——内部宜居带的边缘。”

她的团队的模型首次详细描述了宜居带内部边界附近的岩石系外行星所产生的化学特征的差异，这些差异基于行星的大小、质量、化学成分、表面温度和压力、大气高度和云量等变量。这些计算对于估算JWST需要多少时间来确认大气的基本成分(如果有的话)至关重要。

这些模型涵盖了几种被认为反映了岩石行星演化阶段的场景，从可能仍有生命存在的“热地球”系外行星，到具有二氧化碳大气层的荒凉金星。在这两个阶段之间，随着太阳随着年龄的增长而变得越来越亮和越来越热，地球预计会经历一个阶段，导致海洋逐渐蒸发，并在完全沸腾之前使大气充满蒸汽。

这些过程可能需要多长时间尚不清楚，天文学家表示LP890-9c提供了探索这种演化的难得机会。

“这个星球是我们可以测试这些不同场景的第一个目标，”卡尔滕内格说。“如果它仍然是一个更热的地球——很热，但有液态水和生命存在的条件——那么宜居带的内边缘可能充满生命。如果我们看到它已经是一颗成熟的金星，那么水的流失速度就会比我们预期的要快。”

在配套论文中，卡尔滕格及其同事提出，JWST可以在短短三次凌日或行星穿过其主恒星的过程中确认大气层的存在，以及大气是否主要是水蒸气。如果需要进一步观察，他们估计总共有8次凌日可以探测到类似金星的大气层，而20次凌日可以发现潜在宜居“热地球”情景的证据。

LP890-9c可能没有大气层，也没有生命，或者它类似于金星，有厚厚的云层，会阻挡光线反射，从而产生很少的信息。卡尔滕内格说，更深入的调查有望提供有价值的线索。

“我们不知道这个处于宜居边缘的星球会是什么样子，所以我们必须看看，”她说。“这才是真正的探索。”