MIT天文學家獨家披露7顆類地行星的細節，暢談NASA發現的幕後故事

　　2017-02-23 02:55 2

　　北京時間2017年2月23日凌晨2點（美國東部時間2月22日下1點），美國宇航局（NASA）舉行新聞發布會，宣布其通過Spitzer太空望遠鏡首次發現了一個擁有7顆類地行星的星系，並將其命名為TRAPPIST-1，這又為宇宙中生命的存在提供了另一種可能。

　　

　　行星表面概念圖

　　本次發現的論文刊登在2月22日的《自然》雜誌上。MIT News成功的採訪到了該團隊中的一名成員，MIT地球大氣與行星科學系（MIT EAPS）的博士后Julien de Wit。在這個團隊中，他負責分析這些行星的大氣成分，尋找可以支持生命的線索。

　　以下是該採訪的主要內容：

　　你可以描述一下這7顆行星的詳細信息嗎？

　　Julien de Wit：這些行星具備適宜人類生存的必備條件：接近地球大小的尺寸、合適的溫度、可以立即開始展開研究的大氣。合適的溫度意味著這些行星表面有很大的可能存在液體水，適合進行研究的大氣則意味著，由於恆星系與地球之間的距離較近，我們可以在10年之內獲得關於它們大氣層的非常詳細的分析。

　　

　　TRAPPIST-1星系概念圖

　　這個星系中的恆星被命名為TRAPPIST-1，距離地球約39光年（235萬億英里），是一顆表面溫度極低的紅矮星：它的溫度只有2550K左右，相比之下，我們太陽的溫度為5800K。

　　該星系中各行星分佈的十分緊湊，離母恆星最近的TRAPPIST-1b只有日地距離的1%，公轉周期僅1.5天，最遠的TRAPPIST-1h也不過日地距離的6%，公轉周期約20天，只相當於水星和太陽之間距離的五分之一。

　　而這種近距離情況下引發的潮汐鎖定，意味著它們總是以同一個半球對著TRAPPIST-1，即一側永遠是白天，另一側永遠是黑夜。

　　TRAPPIST-1半徑只有太陽的11%，但正就是較小的體積使得該星系很容易被發現。而發現這些行星的方法就是凌日法：當一顆行星從恆星前方橫越時，該恆星的視覺亮度將會略微下降。由於亮度下降的程度和行星與恆星的面積比成正比，因此恆星越小，行星越容易被發現。假如TRAPPIST-1和太陽同等大小，那這些行星的信號將會減弱80倍。

　　最為神奇的是，這 7 顆行星都是已知行星里最適合生命生存的行星，而它們又都在同一個星系裡。這意味著，我們將有機會對每顆行星都進行深度的研究。

　　

　　七個行星的外形概念圖

　　為了進一步研究該系統，我們已經開始動員全球各地從紫外線到無線電波觀測的一切天文資源。在MIT，研究生Mary Knapp正在聯合一大群國際專家使用無線電波尋找行星磁場，我則在主導使用哈勃天文望遠鏡進行的大氣探測工作。

　　根據哈勃於5月份的觀察數據，我們已經可以確定這個星系最內側的兩顆行星並沒有由氫氣組成的大氣層。這意味著它們並不會像海王星一樣不適宜生存，而是與水星、金星、地球以及火星相似的類地行星。我們同時正在處理關於其他行星的最新觀察數據，並會在近期得出新的分析結果。

　　和我們講一下發現那天的狀況，是什麼讓你們發現這所有的行星都有可能是與地球相似類地行星？

　　Julien de Wit：那簡直是難以置信的一天。在2016年9月19日，NASA的Spitzer太空望遠鏡開始進行對TRAPPIST-1為期20天的亮度監視。10月6日，前十天的觀察數據被NASA公布到其安全伺服器上。有趣的是，當天，Michael Gillon（編輯註：比利時列日大學天文學家，該團隊的主研究員）正駐紮在摩洛哥，而他當時無法連接上網際網路，所以當時他無法第一時間研究這些數據。

　　所幸的是，另外四名研究員（Jim Ingalls, Brice-Olivier Demory, Sean Carey 和我自己）連接上了這些數據。當我下載完這些數據並迅速完成一輪處理后，我們完全被驚呆了，這是一次「前所未有」的經歷：純肉眼觀看，我數出了比預料中還要多5次的凌日現象——令人驚喜若狂。

　　在與Michael進行了複查之後，我們當時認為，該星系比預料中還要多3顆行星，其中的一顆為「超級地球」。只不過這顆「超級地球」後來被證明是判斷失誤，它其實是兩顆行星同時橫越恆星前面時的痕迹。

　　

　　

　　七個行星與地球對比圖

　　我們最終的結論為：又發現4顆行星，全部為地球大小的體積。在後十天的數據於10月27日被發布后，我們在網上開了個小會，共同慶祝了一下。那是令人一個十分激動的瞬間。

　　在這些行星里，生命的存在的幾率是多少？我們怎麼來驗證？

　　Julien de Wit：我們目前沒有任何答案，但是我們在近期將有機會找出這一問題的答案。我們所知道的是這些行星的條件很好，因為它們的大小與地球相似，並且溫度適宜。

　　現在，我們需要研究出它們的地表條件，具體來講如下：

　　（1）算出它們具體的質量；

　　（2）分析出它們大氣層的類型；

　　（3）判斷出它們是否地表有液體水存在；

　　（4）尋找生命的痕迹。

　　這四點需要多個學科在未來的 20 到 25 年裡進行大量的合作。

　　

　　TRAPPIST-1行星軌道運行與太陽系行星軌道運行對比

　　當行星之間的距離過於接近，公轉軌道之間有固定的空間時，它們之間的引力會進行互相干擾，這將會略微影響凌日的時機。通過測量這些微小的變化，我們可以計算出它們的質量。在得知它們的體積和質量之後，我們就可以計算出它們的密度，讓地質物理學家們更好的推測它們內部的構成。

　　通過一個放大版的大氣探測項目，我們將會對它們的大氣層進行分析。在未來的 2 年裡，我們希望利用哈勃望遠鏡找到由水汽或甲烷組成的大氣層。

　　而未來的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）將可以幫助我們分析出這些行星大氣層的成分、溫度以及氣壓的數據。這些數據對於判斷行星表面情況無比重要。

　　值得注意的是，只有在我們完全了解該恆星的光線在穿透這些行星的大氣時是如何受到氣溫、氣壓以及其他氣體的影響后，我們才可以得到這些數據。而只有在得到這些數據后，我們才可以分析這些行星是否可以用於人類定居。

　　在這些行星上尋找生命的痕迹時，最重要的一點就是判斷什麼才是生命的痕迹，也就是生命特徵。在這方面，生物化學家的意見十分重要。幸運的是，在麻省理工學院，我們已經開始研究該課題了：Sara Seager教授與劍橋大學的博士后Janusz Petkowski 和William Bains 正在研究生命可以佔領的化學空間。他們將在未來為我們提供一個生物標記物的列表，幫助我們判斷所探測到的氣體是否代表生命的存在。

　　

　　登陸TRAPPIST-1 e號行星的概念圖

　　到2018年，NASA耗費88億美元打造的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）將加入此項研究。2020年代中期，歐洲超大望遠鏡和巨型麥哲倫望遠鏡也計劃加入研究。進一步的研究將會揭開更多的未解之謎。