对系外行星大气层和恒星的新见解

蒙特利尔大学的一个团队领导的天文学家在理解有趣的 TRAPPIST-1 系外行星系统方面取得了重要进展，该系统于 2016 年首次被发现，当时人们猜测它有一天可能为人类提供居住的地方。

这项新研究不仅揭示了距离系统恒星最近的系外行星 TRAPPIST-1 b 的性质，还表明了母恒星在研究系外行星时的重要性。

墨尔本大学特罗蒂尔系外行星研究所 (iREx) 的天文学家和加拿大、英国和同事的研究结果发表在《天体物理学杂志快报》上，揭示了恒星活动与系外行星特征之间复杂的相互作用。

引起了人们的注意

TRAPPIST-1 是一颗比太阳小得多、温度低得多的恒星，距离地球约 40 光年，自从七年前发现七颗地球大小的系外行星以来，它吸引了科学家和太空爱好者的关注。这些世界紧密地围绕着它们的恒星，其中三个位于其宜居带内，这激发了人们在太阳系之外寻找潜在宜居环境的希望。

在 iREx 博士生Olivia Lim的带领下，研究人员利用强大的詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 来观测 TRAPPIST-1 b。他们的观测结果是在 JWST 运行第一年期间收集的，作为加拿大主导的最大的普通观察员 (GO) 计划的一部分。(该计划还包括对该系统中其他三颗行星 TRAPPIST-1 c、g 和 h 的观测。)TRAPPIST-1 b 在两次凌日期间(行星经过其恒星前方的时刻)使用加拿大-在 JWST 上制造了 NIRISS 仪器。

GO 项目首席研究员 Lim 表示：“这是 JWST 首次对 TRAPPIST-1 行星进行光谱观测，我们已经等待它们多年了。”

她和她的同事使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。

“只是一小部分”

NIRISS 仪器的首席研究员兼该研究的合著者 René Doyon 补充道：“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。” “这些首次观测结果凸显了 NIRISS 和 JWST 探测岩石行星周围稀薄大气层的总体能力。”

天文学家的主要发现是，在试图确定系外行星的性质时，恒星活动和污染有多么重要。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。

研究小组发现了令人信服的证据，表明恒星污染在塑造 TRAPPIST-1 b 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。

科学家们说，这一结果强调了在规划未来对所有系外行星系统的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，这颗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。”

探索了一系列模型

根据他们收集的 JWST 观测数据，Lim 和她的团队探索了 TRAPPIST-1 b 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-1 b 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 MIRI 仪器对 TRAPPIST-1 b 进行的 JWST 观测(光度而非光谱)基本一致。这项新研究还证明，加拿大的 NIRISS 仪器是一种高性能、灵敏的工具，能够以令人印象深刻的水平探测地球大小的系外行星上的大气层。

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