Webb捕获TRAPPIST1b的透射光谱

TRAPPIST-1是一个由七颗地球大小的温带岩石系外行星组成的邻近系统，其掠过一颗木星大小的超冷红矮星，非常适合深入的大气研究。天文学家利用NASA/ESA/CSA詹姆斯·韦伯太空望远镜上的NIRISS 仪器捕获了TRAPPIST-1b(TRAPPIST-1 系统中最内层行星)的第一个透射光谱。

TRAPPIST-1 是一颗超冷 M 矮星，位于水瓶座，距地球 38.8 光年。

这颗恒星也被称为 K2-112 或 TIC 278892590，其大小仅比木星大一点，质量仅为太阳质量的 8%。

2017 年 2 月，天文学家宣布这颗恒星至少拥有七颗行星：TRAPPIST-1b、c、d、e、f、g 和 h。

所有这些行星的大小与地球和金星相似或稍小，并且轨道周期非常短：分别为 1.51、2.42、4.04、6.06、9.21、12.35 和 20 天。

其中三颗行星位于恒星的宜居带，这意味着它们可能拥有适合生命存在的条件。

TRAPPIST-1b 是最内层的行星，其轨道距离约为地球轨道距离的百分之一，接收到的能量约为地球从太阳获得的能量的四倍。

尽管它不在宜居区内，但对该行星的观测可以提供有关其兄弟行星以及其他红矮星系统的重要信息。

在这项新研究中，蒙特利尔大学博士生 Olivia Lim 和她的同事聘请 Webb 来观察 TRAPPIST-1b。

使用韦伯的 NIRISS 仪器在两次凌日期间(即行星经过其恒星前方的时刻)对这颗行星进行了观测。

“这是韦伯首次对 TRAPPIST-1 行星进行光谱观测，我们已经等待它们多年了，”发表在《天体物理学杂志快报》上的一篇论文的主要作者林说。

天文学家利用透射光谱技术来更深入地观察遥远的世界。

通过分析中心恒星在凌日过程中穿过系外行星大气层后发出的光，天文学家可以看到大气层中发现的分子和原子留下的独特指纹。

“这只是对这个独特行星系统的更多观测的一小部分，还有待分析，”NIRISS 首席研究员、同样来自蒙特利尔大学的 René Doyon 博士说。

“这些首次观测结果凸显了 NIRISS 和韦伯在探测岩石行星周围稀薄大气层方面的总体能力。”

该团队的主要发现是，在试图确定系外行星的性质时，恒星活动和污染的重要性。

恒星污染是指恒星自身特征(例如黑斑和亮光斑)对系外行星大气测量的影响。

作者发现了令人信服的证据，表明恒星污染在塑造 TRAPPIST-1b 以及系统中其他行星的透射光谱方面发挥着至关重要的作用。

中心恒星的活动会产生“幽灵信号”，使观察者误以为他们在系外行星的大气层中检测到了某种特定分子。

这一结果强调了在规划所有系外行星系统的未来观测时考虑恒星污染的重要性。

对于像 TRAPPIST-1 这样的系统来说尤其如此，因为该系统以红矮星为中心，红矮星在星黑子和频繁的耀斑事件中特别活跃。

林说：“除了恒星斑点和光斑的污染之外，我们还看到了恒星耀斑，这是一种不可预测的事件，在此期间恒星看起来会更亮几分钟或几小时。”

“这次耀斑影响了我们对行星阻挡光量的测量。”

“恒星活动的此类特征很难建模，但我们需要考虑它们以确保我们正确解释数据。”

根据新的韦伯观测结果，研究人员探索了 TRAPPIST-1b 的一系列大气模型，检查了各种可能的成分和场景。

他们发现他们可以自信地排除无云、富含氢气的大气层的存在——换句话说，TRAPPIST-1b 周围似乎不存在清晰的、扩展的大气层。

然而，这些数据并不能自信地排除较稀薄的大气层，例如由纯水、二氧化碳或甲烷组成的大气层，也不能排除与土星的卫星泰坦相似的大气层，泰坦是土星的卫星，也是太阳系中唯一拥有大气层的卫星。

这些结果与之前使用 Webb 的MIRI 仪器对 TRAPPIST-1b 进行的光度观测基本一致。