## 最有可能存在生命的类地行星之一，可能终究没有大气层

“我们曾报告发现甲烷的迹象，但问题是：这些甲烷是来自行星大气中的分子，还是来自宿主恒星？”

七颗类地行星环绕着TRAPPIST-1恒星运行。

（图片来源：NASA/JPL-Caltech）

科学家们从著名的TRAPPIST-1系统中一颗行星的最新观测中得到了一些玩笑般的线索——这颗星球可能有、也可能没有能够维持生命所需液态水的大气层。

TRAPPIST-1e是七颗地球大小的系外行星之一，在距离地球约40光年之外，它们紧密地围绕着一颗比太阳更小、更暗的冷红矮星运行。

该行星位于该系统的“宜居带”内，那里的温度可能允许液态水存在——但这仅当行星拥有大气层时才成立。

早期詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的观测甚至暗示可能存在大气层，发现了微弱的甲烷迹象，而甲烷在地球上来自生物体，并与土星阴霾笼罩的卫星泰坦（土卫六）上的复杂化学过程有关。

但科学家现在表示，那些最初的线索很可能具有误导性。

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“根据我们最近的工作，我们认为先前报道的、暗示存在大气层的微弱信号，更可能是来自宿主恒星的‘噪声’，”亚利桑那大学月球与行星实验室助理教授苏克里特·兰詹在一份声明中表示。

“然而，这并不意味着TRAPPIST-1e没有大气层——我们只是需要更多数据。

”

这篇新论文使用详细的计算机模拟来测试TRAPPIST-1e是否真的能够维持一个富含甲烷、类似泰坦的大气层。

结果表明，在像TRAPPIST-1这样活跃的小型红矮星周围，行星上的甲烷会被摧毁得比泰坦上快得多——任何可能的地质过程都无法及时补充。

最新发现基于9月份发表的两篇论文，这两篇论文分析了JWST在2023年对TRAPPIST-1e的观测。

在四次独立的凌日事件（行星经过其恒星表面）中，JWST的近红外光谱仪（NIRSpec）记录下了星光中微妙的变化，这些变化原理上可以揭示大气中的化学物质。

这些数据与一个以氮气和甲烷为主、缺乏二氧化碳的大气模型相符，从而有效排除了类似金星或火星的大气层。

但信号在每次凌日之间差异显著，暗示测量结果受到了恒星本身的污染。

TRAPPIST-1比太阳更小、更冷、更暗，其温度低到足以在恒星自身的大气中形成包括甲烷在内的气体分子。

“我们曾报告发现甲烷的迹象，但问题是：这些甲烷是来自行星大气中的分子，还是来自宿主恒星？”兰詹在声明中说。

在论文中，兰詹和他的团队模拟了甲烷在TRAPPIST-1e环境中实际能存续多长时间。

他们发现，虽然泰坦上的甲烷可以存续1000万到1亿年，但TRAPPIST-1e上的甲烷只能维持约20万年。

研究指出，该行星接收到的紫外线辐射远比泰坦多，导致甲烷被分解的速度快数千倍。

研究人员表示，这使得科学家极不可能恰好在行星处于富甲烷阶段观测到它，除非甲烷以极高且持续不断的速率被补充。

维持类似泰坦的甲烷水平，需要TRAPPIST-1e在甲烷生成上超过泰坦——这是一个不合理的场景，将要求不间断的全球性火山活动、来自冰质内部的灾难性甲烷释放，或持续的行星表面更新。

研究指出，即使采用最宽松的假设，这些过程也无法完全解释所需的甲烷供应量。

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因此，研究团队得出结论，需要进行更严格的分析和更多观测，以确定TRAPPIST-1e是否真的有大气层，以及JWST发现的那些疑似甲烷信号究竟是来自行星，还是仅仅是恒星的伪影。

“关于TRAPPIST-1e的基本论点是：如果它有大气层，它就是宜居的，”兰詹在声明中说。

“但目前，首要问题必须是：‘它到底有没有大气层？’”

尽管面临挑战，TRAPPIST-1e仍然是太阳系外最有希望的潜在宜居世界之一。

然而，JWST是在第一颗系外行星被发现之前设计的，在探测地球大小行星的大气层时，其探测能力已接近极限。

未来的仪器可能有助于解开这些令人困惑的信号。

美国国家航空航天局（NASA）即将执行的“潘多拉”任务，计划于2026年发射，将同时观测恒星和行星，以更好地区分恒星和大气层的特征。

研究人员还在计划一次罕见的双凌日观测，届时TRAPPIST-1e和最内侧的行星TRAPPIST-1b将同时凌星。

已知TRAPPIST-1b没有大气层，因此将其“干净”的信号与TRAPPIST-1e的信号进行比较，可以揭示哪些特征属于恒星，哪些（如果有的话）来自TRAPPIST-1e的大气层，科学家们表示。

“这些观测将使我们能够区分恒星的效应和行星大气中发生的事情——如果它确实有大气层的话，”兰詹说。

这篇关于上述结果的论文于11月3日发表在《天体物理学杂志快报》上。

作者简介：

莎米拉·库图努尔是一位驻印度班加罗尔的独立太空记者。

她的作品也出现在《科学美国人》、《科学》、《天文学》和《生活科学》等刊物上。

她拥有波士顿东北大学新闻学硕士学位。

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“第二地球”候选者TRAPPIST-1e：最新研究指甲烷信号可能是恒星噪声，大气层存在与否成谜

BY:Sharmila Kuthunur

FY:栖岩

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