宇航局的韦伯测量了一颗岩石系外行星的温度

一个国际研究小组使用宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜测量了岩石系外行星 TRAPPIST-1 b 的温度。该测量基于行星的热辐射：韦伯的中红外线仪器 (MIRI) 检测到的以红外线形式释放的热能。结果表明，这颗行星的日面温度约为 500 开尔文(约 450 华氏度)，表明它没有明显的大气层。

这是首次检测到 与我们太阳系中的岩石行星一样小但温度低的系外行星发出的任何形式的光。这一结果标志着在确定围绕像 TRAPPIST-1 这样的小型 活跃恒星运行的行星是否 能够维持维持生命所需的大气层方面迈出的重要一步。这也预示着韦伯有能力使用 MIRI 来描述温带、地球大小的系外行星。

“这些观测确实利用了韦伯的中红外能力，”宇航局艾姆斯研究中心的天体物理学家、今天发表在《自然》杂志上的这项研究的主要作者 Thomas Greene 说。“以前的望远镜都没有灵敏度来测量这种暗淡的中红外光。”

围绕超冷红矮星运行的岩石行星

2017 年初，天文学家报告称发现了 七颗岩石行星， 它们围绕一颗距离地球 40 光年的超冷红矮星(或 M 矮星)运行。这些行星的显着之处在于它们在大小和质量上与我们太阳系内部的岩石行星相似。虽然它们都比我们的任何行星绕太阳运行更靠近它们的恒星——它们都可以舒适地适应水星的轨道——它们从它们的小恒星接收相当数量的能量。

TRAPPIST-1 b 是最内层的行星，其轨道距离约为地球的百分之一，接收的能量约为地球从太阳获得的能量的四倍。虽然它不在该系统的宜居带内，但对该行星的观测可以提供有关其兄弟行星以及其他 M-矮星系统的重要信息。

“银河系中这些恒星的数量是太阳等恒星的十倍，它们拥有岩石行星的可能性是太阳等恒星的两倍，”格林解释道。“但它们也非常活跃——它们年轻时非常明亮，它们发出的耀斑和 X 射线可以摧毁大气层。”

法国替代能源和原子能委员会 (CEA) 的合著者 Elsa Ducrot 是对 TRAPPIST-1 系统进行早期研究的团队成员，她补充说：“更容易描述更小、更冷的恒星周围的类地行星。 . 如果我们想了解 M 星周围的宜居性，TRAPPIST-1 系统是一个很棒的实验室。这些是我们观察岩石行星大气层的最佳目标。”

检测大气(或不检测)

之前使用哈勃和斯皮策太空望远镜对 TRAPPIST-1 b 进行的观测 没有发现大气层存在膨胀的证据，但无法排除存在致密大气层的可能性。

减少不确定性的一种方法是测量地球的温度。“这颗行星被潮汐锁定，一侧始终面向恒星，另一侧始终处于黑暗中，”该论文的合著者、来自 CEA 的 Pierre-Olivier Lagage 说。“如果它有大气循环和重新分配热量，白天会比没有大气时凉爽。”

该团队使用了一种称为 二次日食光度法的技术，其中 MIRI 测量了当行星移动到恒星后面时系统的亮度变化。尽管 TRAPPIST-1 b 的温度还不足以发出可见光，但它确实会发出红外光。通过从恒星和行星的总亮度中减去恒星自身(在二次月食期间)的亮度，他们能够成功地计算出行星发出了多少红外光。

测量亮度的微小变化

韦伯探测到二次日食本身就是一个重要的里程碑。由于恒星比行星亮 1,000 多倍，亮度变化小于 0.1%。

“还有一些人担心我们会错过日食。行星都互相拉扯，所以轨道并不完美，”分析数据的湾区环境研究所博士后研究员泰勒贝尔说。“但这真是太神奇了：我们在数据中看到的日食时间在几分钟内与预测时间相符。”

该团队分析了来自五个独立的二次日食观测的数据。Ducrot 解释说：“我们 将结果与计算机模型进行了比较 ，显示不同情况下的温度应该是多少。” “结果与 由裸露岩石构成的黑体几乎完全一致 ，没有大气来循环热量。我们也没有看到任何光被二氧化碳吸收的迹象，这在这些测量中会很明显。”

这项研究是作为 Webb 保证时间观察 (GTO) 计划 1177的一部分进行的，该计划是 Webb 第一年科学的八个计划之一，旨在帮助全面表征 TRAPPIST-1 系统。TRAPPIST-1 b 的其他二次日食 观测 目前正在进行中，现在他们知道数据有多好，团队希望最终捕捉到显示 整个轨道亮度变化的完整相位曲线。这将使他们能够看到从白天到夜晚的温度如何变化，并确认行星是否有大气层。

“有一个目标是我梦寐以求的，”Lagage 说，他从事 MIRI 仪器的开发已有 20 多年。“就是这个。这是我们第一次能够探测到来自多岩石的温带行星的辐射。这是发现系外行星的故事中非常重要的一步。”

詹姆斯韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的太空科学天文台。韦伯将解开我们太阳系中的谜团，展望其他恒星周围的遥远世界，探索我们宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的位置。Webb 是由 NASA 及其合作伙伴 ESA(欧洲航天局)和 CSA(加拿大航天局)领导的一项国际计划。MIRI 由 NASA 和 ESA 提供，该仪器由国家资助的欧洲研究所(MIRI 欧洲联盟)和 NASA 的喷气推进实验室与亚利桑那大学合作设计和建造。