韦伯太空望远镜测量岩石系外行星的温度

一个国际研究小组使用NASA / ESA / CSA James Webb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：韦伯的中红外仪器(MIRI)以红外光的形式释放的热能。

结果表明，这颗行星的日侧温度约为500开尔文(约230°C)，并表明它没有显着的大气层。这是首次探测到与我们太阳系中的岩石行星一样小而冷的系外行星发出的任何形式的光。这一结果标志着确定围绕TRAPPIST-1等小型活跃恒星运行的行星是否可以维持支持生命所需的大气层的重要一步。这也预示着韦伯使用MIRI表征温带地球大小的系外行星的能力。

“这些观测确实利用了韦伯的中红外能力，”美国宇航局艾姆斯研究中心的天体物理学家托马斯格林说，他是今天发表在《自然》杂志上的这项研究的主要作者。“以前的望远镜没有灵敏度来测量如此昏暗的中红外光。

围绕超冷红矮星运行的岩石行星

2017年初，天文学家报告说，在距离地球40光年的地方发现了七颗围绕一颗超冷红矮星(或M矮星)运行的岩石行星。这些行星的显着之处在于它们的大小和质量与我们太阳系的内部岩石行星相似。尽管它们的轨道都比我们的任何行星都更接近它们的恒星 - 所有这些都可以舒适地适合水星的轨道 - 但它们从它们的小恒星接收相当的能量。

TRAPPIST-1 b是最内层的行星，轨道距离约为地球的百分之一，接收的能量大约是地球从太阳获得的能量的四倍。虽然它不在系统的宜居带内，但对这颗行星的观测可以提供关于其兄弟行星以及其他M矮星系的重要信息。

“银河系中的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，”格林解释说。“但它们也非常活跃 - 它们年轻时非常明亮，它们会发出可以消灭大气层的耀斑和X射线。

来自法国CEA的共同作者Elsa Ducrot是进行TRAPPIST-1系统初步研究的团队之一，他补充说：“描述较小，较冷恒星周围的类地行星更容易。如果我们想了解M星周围的可居住性，TRAPPIST-1系统是一个很好的实验室。这些是我们观察岩石行星大气层的最佳目标。

检测(或不检测大气)

之前用NASA / ESA哈勃太空望远镜以及NASA的斯皮策太空望远镜对TRAPPIST-1 b的观测没有发现浮肿大气的证据，但不能排除密集的大气层。

减少不确定性的一种方法是测量地球的温度。“这颗行星是潮汐锁定的，一侧始终面向恒星，另一侧处于永久黑暗中，”CEA的Pierre-Olivier Lagage说，他是该论文的共同作者。“如果它有一个大气层来循环和重新分配热量，白天会比没有大气层时更凉爽。

该团队使用了一种称为二次日食光度测量的技术，其中MIRI测量了当行星移动到恒星后面时系统亮度的变化。虽然TRAPPIST-1 b不够热，无法发出自己的可见光，但它确实有红外光。通过从恒星和行星的总亮度中减去恒星本身(在二次日食期间)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

韦伯对二次日食的探测本身就是一个重要的里程碑。由于恒星比行星亮1倍以上，亮度变化小于000.0%。

“也有人担心我们会错过日食。行星都相互拉扯，所以轨道并不完美，“湾区环境研究所的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与几分钟内的预测时间相匹配。

对五次独立次食观测数据的分析表明，TRAPPIST-1 b的日温约为500开尔文，或大约230°C。 该团队认为最可能的解释是这颗行星没有大气层。

“我们将结果与计算机模型进行了比较，显示了不同情况下的温度应该是多少，”Ducrot解释说。“结果几乎与由裸露岩石制成的黑体完全一致，没有大气层来循环热量。我们也没有看到任何光被二氧化碳吸收的迹象，这在这些测量中很明显。

这项研究是作为保证时间观测(GTO)计划1177的一部分进行的，该计划是八个批准的GTO和一般观察者(GO)计划之一，旨在帮助全面表征TRAPPIST-1系统。目前正在对TRAPPIST-1 b进行额外的二次日食观测，现在他们知道数据有多好，研究小组希望最终捕获一条完整的相位曲线，显示整个轨道上亮度的变化。这将使他们能够看到从白天到夜晚的温度如何变化，并确认这颗行星是否有大气层。

“我梦寐以求有一个目标，”Lagage说，他从事MIRI仪器的开发已有二十多年。“就是这个。这是我们第一次探测到岩石温带行星的排放。这是发现系外行星故事中非常重要的一步。