400度温差证实TRAPPIST-1两行星无大气层

詹姆斯·韦布太空望远镜完成了人类历史上首张太阳系外岩石行星完整气候图，结果清晰明确。TRAPPIST-1星系最内侧两颗行星——TRAPPIST-1 b和TRAPPIST-1 c——永昼半球与永夜半球之间的温差超过400摄氏度。这一量级的温差，在物理上只有当行星完全没有能够传导热量的大气层时才能出现。两颗行星大气层缺失的事实已获证实，不具备已知生命存在的条件。

TRAPPIST-1是近十年来系外生命搜索中最受关注的星系。这颗红矮星位于宝瓶座方向，距地球39光年，周围有7颗地球大小的行星环绕，其中3颗位于”宜居带”——即恒星周围温度适宜、理论上允许液态水在行星表面存在的区域。银河系中超过四分之三的恒星都是红矮星，而地球大小的行星在其周围尤为常见，这一事实使此类星系中存在生命的可能性成为系外行星研究的核心议题。此次数据对最内侧两颗行星的生命可能性画上了终止符。

失去大气的关键：潮汐锁定

大气层消失的根本原因在于潮汐锁定。由于TRAPPIST-1比太阳小得多、也冷得多，其内侧行星在极近距离内公转，绕行一圈不足两个地球日。在如此近的距离上，潮汐力使行星自转周期与公转周期完全同步——如同月球永远以同一面朝向地球。结果是一面永远处于白昼，另一面永远沉入黑暗。若存在浓密大气，风将从炽热的昼半球向冰冷的夜半球传递热量，缩小温差。韦布测到的400度温差表明，这种热量传递根本没有发生。没有空气，也就无从移动热量。

首张太阳系外岩石行星完整气候图

这项研究由日内瓦大学天文学家艾米莲·博尔蒙带领的团队主导。研究人员利用韦布望远镜的MIRI中红外仪器，获取了两颗行星的热相位曲线数据：在行星公转期间持续追踪恒星-行星系统的红外亮度变化，从而还原行星在轨道各点的表面温度分布。据测量结果，TRAPPIST-1 b的昼面温度超过200摄氏度，夜面则低于零下200摄氏度。TRAPPIST-1 c整体温度较低，但同样呈现出同等极端的温度对比。对地球大小的系外岩石行星完成完整热力气候图绘制，在天文学史上尚属首次。

宜居带行星仍是未知数

但将结论延伸至整个星系，则需要审慎。TRAPPIST-1 b和c是受恒星辐射最强、大气侵蚀风险最高的两颗行星。博尔蒙团队的理论模型显示，星系外侧行星的情况可能截然不同，仍有可能保有大气层。研究人员援引的类比颇具说服力：距太阳最近的水星没有大气层，而更远处的金星和地球则保留了各自的大气层。TRAPPIST-1 b和c的命运并不决定位于宜居带内的e、f、g三颗行星的命运。此外，热相位曲线提供的是间接证据：它能确认浓密大气的缺失，但并不排除探测阈值以下极薄气层的存在可能。

研究结果发表于学术期刊《自然·天文学》。针对位于宜居带正中央的TRAPPIST-1 e，宇宙望远镜科学研究所的DREAMS项目目前正持续开展观测，已规划另外15次凌星观测。若该行星存在大气层，韦布将在未来数月内具备探测能力。