2019-08-14 18:37:01
詹姆斯韦伯太空望远镜可以在一年内开始学习TRAPPIST-1气氛

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华盛顿大学天文学家的新研究使用有趣的TRAPPIST-1行星系统作为一种实验室来模拟行星本身,但是即将到来的詹姆斯韦伯太空望远镜如何检测和研究它们的大气层,寻找生命超越地球。

这项由华盛顿大学天文学博士生Jacob Lustig-Yaeger领导的研究发现,定于2021年发射的詹姆斯韦伯望远镜可能能够学习关于TRAPPIST-1世界气氛的关键信息,即使是在第一次操作年份,除非 - 如同一首老歌一样 - 云彩挡住了。

“韦伯望远镜已经建成,我们知道它将如何运作,”Lustig-Yaeger说。 “我们使用计算机建模来确定使用望远镜回答我们想要问的最基本问题的最有效方法,即:这些行星上是否有气氛,或者没有?”

他的论文“JAPST的TRAPPIST-1系外行星大气的可探测性和特征”于6月在线发表在天文学杂志上。

TRAPPIST-1系统,距离水瓶座有39光年或大约235万亿英里的距离,因天文学家的七个轨道岩石或类似地球的行星而受到天文学家的青睐。这些世界中有三个位于恒星的可居住区域 - 一颗恒星周围的空间,正好允许液态水进入岩石行星表面,从而给生命带来机会。

这颗恒星TRAPPIST-1在形成时比现在要热得多,这将使所有七颗行星在过去遭受海洋,冰和大气的损失。

“现在该领域存在一个大问题,即这些行星是否具有大气层,特别是最内层的行星,”Lustig-Yaeger说。 “一旦我们确认存在大气层,那么我们可以了解每个行星的大气层 - 构成它的分子?”

鉴于他建议James Webb太空望远镜可以搜索的方式,它可以在相当短的时间内学到很多东西,本文发现。

天文学家在探测到系外行星或在其主星上“过渡”时探测到系外行星,从而导致可测量的星光变暗。研究更接近他们的星球的行星更加频繁,因此更容易学习。当一颗行星穿过它的恒星时,一颗恒星的光线会穿过行星的大气层,天文学家可以利用它来了解大气层的分子组成。

Lustig-Yaeger说天文学家在看到不同颜色或波长的光时,可以看到行星大小的微小差异。

“这是因为行星大气中的气体只能以非常特殊的颜色吸收光。由于每种气体都有独特的”光谱指纹“,我们可以识别它们并开始将系外行星大气的成分拼凑起来。

Lustig-Yaeger表示,该团队的模型表明詹姆斯韦伯望远镜使用一种称为近红外光谱仪的多功能机载工具,可以检测到10个或更少过境的所有7个TRAPPIST-1行星的大气层 - 如果它们具有无云气氛。当然,我们不知道他们是否有云。

如果TRAPPIST-1行星像金星一样有厚厚的全球覆盖的云,那么检测大气层可能需要多达30次过境。

“但这仍然是一个可实现的目标,”他说。 “这意味着即使在真实的高空云层的情况下,詹姆斯韦伯望远镜仍然能够检测到大气的存在 - 在我们的纸张未知之前。”

近年来发现了许多岩石系外行星,但天文学家还没有发现它们的大气层。 Lustig-Yaeger在这项研究中的建模“表明,对于这个TRAPPIST-1系统,使用詹姆斯韦伯太空望远镜探测陆地系外行星大气层 - 可能还在其主要的五年任务中。”

该团队发现韦伯望远镜可能能够发现过去TRAPPIST-1行星失去大量水的迹象,当时这颗恒星更热。这可能会导致无生命产生氧气的情况 - 不能代表生命 - 充满外星人的气氛,这可能会给生活带来某种“误报”。如果TRAPPIST-1行星就是这种情况,那么韦伯望远镜也可以检测到这些行星。

Lustig-Yaeger与UW共同撰写的是天文学教授Victoria Meadows,他也是基于UW的虚拟行星实验室的首席研究员。和天文学博士生Andrew Lincowski。这项工作部分依赖于Lincowski先前为七个TRAPPIST-1世界建立可能气候的工作。

“通过这项研究,我们看到了:詹姆斯韦伯太空望远镜的最佳情景是什么?它能做什么?因为在它之前肯定会发现更多的地球大小的行星发布于2021年。“

该研究由NASA天体生物学计划的虚拟行星实验室团队资助,作为Nexus系外行星系统科学(NExSS)研究协调网络的一部分。

Lustig-Yaeger补充道:“理论上很难设想一个比TRAPPIST-1更适合James Webb的行星系统。”

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2018-01-12 06:19:13