正文繼續(xù)：

自2016年發(fā)現(xiàn)TRAPPIST-1以來(lái)，行星科學(xué)家一直對(duì)它感到興奮。TRAPPIST-1是一個(gè)由7顆地球大小的巖石行星圍繞一顆冷恒星運(yùn)行的恒星系統(tǒng)。其中三顆行星位于宜居帶，即液態(tài)水可以在行星表面流動(dòng)的空間區(qū)域。但是亞利桑那大學(xué)月球和行星實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家們的兩項(xiàng)新研究可能會(huì)讓天文學(xué)家重新定義TRAPPIST-1的可居住區(qū)域。這三顆位于宜居帶的行星的生命可能面臨著強(qiáng)大威脅：從恒星噴射出的高能粒子。

博科園：費(fèi)德里科·弗拉切蒂(Federico Fraschetti)和一組來(lái)自哈佛大學(xué)史密森天體物理中心(Harvard & Smithsonian)的科學(xué)家首次計(jì)算出這些粒子撞擊行星的強(qiáng)度。與此同時(shí)，威脅和行星實(shí)驗(yàn)室的研究生哈米什·海(Hamish Hay)發(fā)現(xiàn)，TRAPPIST-1行星之間的引力拉力戰(zhàn)正在使它們表面的潮汐上升，這可能推動(dòng)了火山活動(dòng)，或使原本寒冷得無(wú)法維持生命的行星上被冰覆蓋的海洋升溫，其研究成果發(fā)表在《天體物理學(xué)》上。

質(zhì)子的強(qiáng)力轟擊

該星系的恒星TRAPPIST-1A比太陽(yáng)小，質(zhì)量小，溫度低于6000華氏度。它也非?；钴S，這意味著它會(huì)釋放出大量高能質(zhì)子——與地球上產(chǎn)生極光的粒子相同。Fraschetti和團(tuán)隊(duì)模擬了這些高能粒子穿過恒星磁場(chǎng)的旅程，發(fā)現(xiàn)第四顆行星（TRAPPIST-1適居帶內(nèi)最深處的行星）可能正在經(jīng)歷一次質(zhì)子的強(qiáng)力轟擊。這些粒子在TRAPPIST-1系統(tǒng)中的通量可能是地球上粒子通量的100萬(wàn)倍。這讓科學(xué)家們感到驚訝，盡管行星離恒星的距離比地球離太陽(yáng)的距離要近得多。高能粒子沿著磁場(chǎng)穿過太空，TRAPPIST-1A的磁場(chǎng)緊緊圍繞著恒星。

圖示TRAPPIST-1f行星表面永恒日出的印象概念圖，如果這顆行星被潮汐鎖住，那么將這顆行星的白天和黑夜分隔開的“終結(jié)者區(qū)域”可能是一個(gè)生命可能扎根的地方，即使白天和高能質(zhì)子轟擊在一起。在這張圖片中，TRAPPIST-1e在左上方可以看到一個(gè)新月，d是中間的新月，c是星星旁邊的一個(gè)亮點(diǎn)。圖片：NASA/JPL-Caltech

你以為這些粒子會(huì)被困在這些緊密包裹的磁力線中，但如果你引入湍流，它們可以逃逸，垂直于平均恒星場(chǎng)。恒星表面的耀斑會(huì)引起磁場(chǎng)擾動(dòng)，使質(zhì)子離開恒星。粒子去向取決于恒星磁場(chǎng)與旋轉(zhuǎn)軸的角度。在TRAPPIST-1系統(tǒng)中，這個(gè)磁場(chǎng)最可能的排列方式是將高能質(zhì)子直接帶到第四顆行星的表面，在那里可以分解構(gòu)成生命所需的復(fù)雜分子——或者它們可以作為這些分子形成的催化劑。雖然地球磁場(chǎng)保護(hù)了地球上大部分行星免受太陽(yáng)釋放的高能質(zhì)子傷害，但一個(gè)足以使TRAPPIST-1的質(zhì)子發(fā)生偏轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，其強(qiáng)度必須達(dá)到令人難以置信的程度——是地球磁場(chǎng)的數(shù)百倍。

圖示TRAPPIST-1行星的相對(duì)大小及其軌道，整個(gè)TRAPPIST-1系統(tǒng)可以在水星軌道上運(yùn)行，有足夠的空間。紅帶表示空間太熱，液態(tài)水無(wú)法聚集的軌道，藍(lán)帶表示空間太冷，水無(wú)法形成液態(tài)水的軌道，綠帶表示宜居帶。圖片：NASA/JPL-Caltech

但在TRAPPIST-1系統(tǒng)中，這并不一定意味著生命的終結(jié)。TRAPPIST-1行星可能是潮汐鎖定的，一方面，這意味著每顆行星的同一個(gè)半球總是面對(duì)恒星，而永恒的黑夜籠罩著另一個(gè)半球。美國(guó)聯(lián)合航空天文學(xué)院的研究助理本杰明·拉克漢姆說(shuō)：也許夜晚的那一面仍然足夠溫暖，適合生命活動(dòng)，不會(huì)受到輻射的轟擊。海洋還可以屏蔽破壞性的高能質(zhì)子，因?yàn)樯钏梢栽诹Ｗ铀毫焉幕拔账鼈儭?/span>潮汐在這些海洋，甚至在行星的巖石中升起，可能對(duì)生命有其他有趣的暗示。

牽引的潮汐

在地球上，月球不僅在海洋中引起潮汐——潮汐力還使地球的地幔和地殼的球形變形。在TRAPPIST-1系統(tǒng)中，行星之間的距離足夠近，以至于科學(xué)家們推測(cè)，就像月球?qū)Φ厍蛩龅哪菢?，行星之間的距離可能會(huì)引發(fā)潮汐，當(dāng)一顆行星或月球因潮汐而變形時(shí)，其內(nèi)部的摩擦?xí)a(chǎn)生熱量。海通過計(jì)算TRAPPIST-1行星的引力如何相互牽引和變形，探索潮汐給系統(tǒng)帶來(lái)了多少熱量。TRAPPIST-1是唯一一個(gè)已知的系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，行星之間可以產(chǎn)生顯著的潮汐，因?yàn)樾行侵g緊密地圍繞著它們的恒星。

圖示從TRAPPIST-1f附近觀察TRAPPIST-1系統(tǒng)概念圖，該系統(tǒng)位于寶瓶座，距離地球不到40光年。圖片：NASA/JPL-Caltech

這是一個(gè)如此獨(dú)特的過程，以前沒有人仔細(xì)考慮過。令人驚訝的是，它竟然發(fā)生了，在過去，科學(xué)家們只考慮過恒星引起的潮汐。發(fā)現(xiàn)星系內(nèi)部的兩顆行星靠得足夠近，彼此之間產(chǎn)生了強(qiáng)大的潮汐。隨后的潮汐加熱可能足夠強(qiáng)大，足以為火山活動(dòng)提供燃料，而火山活動(dòng)反過來(lái)又能維持大氣。盡管TRAPPIST-1最深處的行星白天可能太熱而無(wú)法維持生命，但火山噴發(fā)的大氣層可能會(huì)將一些熱量轉(zhuǎn)移到它們?cè)咎涞囊雇?，使其足夠暖和，使生物不至于結(jié)冰。這個(gè)系統(tǒng)中的第六顆行星，被稱為TRAPPIST-1g，正在經(jīng)歷恒星和其他行星的潮汐牽引。

在這個(gè)星系中，它是唯一一顆由于其他行星引起的潮汐加熱和中心恒星引起潮汐加熱一樣強(qiáng)烈的行星。如果TRAPPIST-1g是一個(gè)海洋世界，就像我們太陽(yáng)系中的木衛(wèi)二或土衛(wèi)二一樣，潮汐加熱可以使它的海水保持溫暖。像TRAPPIST-1這樣的m -矮星系統(tǒng)為天文學(xué)家提供了尋找太陽(yáng)系外生命的最佳機(jī)會(huì)，而Fraschetti和Hay的研究可能有助于科學(xué)家選擇未來(lái)如何探索該系統(tǒng)。需要真正了解這些系統(tǒng)是否適合生命，高能粒子通量和潮汐加熱是限制我們探索的重要因素。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來(lái)自: 亞利桑那大學(xué)

參考期刊文獻(xiàn):《天體物理學(xué)》

DOI: 10.3847/1538-4357/ab0c21

博科園-傳遞宇宙科學(xué)之美