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TRAPPIST-1

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TRAPPIST 1[1]

本图是黑暗夜空下肉眼可见的宝瓶座恒星星图。
红圈内是极为暗淡且极低温的红矮星TRAPPIST-1的位置。
虽然该恒星距离太阳相对较近，但因为光度极低，小型望远镜不可见。
Credit: ESO/IAU and Sky & Telescope
观测资料
历元
星座 宝瓶座
星官
赤经 23h 06m 29.3684052886s[2]
赤纬 -05° 02′ 29.031690445″[2]
视星等（V） 18.798±0.082[3]
特性
光谱分类M8V[3]:1236
视星等 (R)16.466±0.065[3]
视星等 (I)14.024±0.115[3]
视星等 (G)15.6451±0.0014[2]
视星等 (J)11.354±0.022[4]
视星等 (H)10.718±0.021[4]
视星等 (K)10.296±0.023[4]
V−R 色指数2.332
R−I 色指数2.442
J−H 色指数0.636
J−K 色指数1.058
天体测定
径向速度 (Rv)-54 ± 2[2] km/s
自行 (μ) 赤经：930.879[2] mas/yr
赤纬：-479.403[2] mas/yr
视差 (π)80.4512 ± 0.1211[2] mas
距离39.6±0.4 ly
(12.1±0.4 pc)
绝对星等 (MV)18.4±0.1
详细资料
质量0.089±0.006[5] M☉
半径0.121±0.003[5] R☉
表面重力 (log g)≈5.227[6]
亮度 (bolometric)0.000522±0.000019[5] L☉
亮度 (visual, LV)0.00000373 L☉
温度2511±37[7] K
金属量 [Fe/H]0.04±0.08[7] dex
自转3.295±0.003 天[8]
自转速度 (v sin i)6[9] km/s
年龄7.6±2.2[10] Gyr
其他命名
2MASS J23062928-0502285, 2MASSI J2306292-050227, 2MASSW J2306292-050227, 2MUDC 12171
参考资料库
SIMBAD资料

TRAPPIST-1，即 2MASS J23062928-0502285[11]，是一颗表面温度极低的超冷红矮星[12][13]，距离地球约39.13光年（12.0秒差距），天球上位于宝瓶座[14]。2017年2月，天文学家在该恒星周围发现7颗类地行星，是已知行星系统中拥有次多行星者，仅次于太阳和克卜勒90[15][16]。

概要

由比利时列日大学天文物理与地球物理研究所（法语：Institut d'astrophysique et de géophysique de l'Université de Liège）天文学家米夏埃尔·吉隆（法语：Michaël Gillon）（Michaël Gillon）带领的团队[17]使用位于智利拉西拉天文台的凌星行星及原行星小望远镜（TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope，TRAPPIST）[18]观测TRAPPIST-1以寻找是否有系外行星环绕。藉著观测凌星测光，该团队发现了三颗体积与地球相当的系外行星环绕TRAPPIST-1。较内侧的两颗已经被母恒星潮汐锁定，而最外侧的行星可能位于该系统的适居带内或外侧距离边缘不远处[13][19]。发现这三颗行星的团队自2015年9月至12月对TRAPPIST-1进行观测，并且成果于2016年5月的《自然》期刊[18][20]。

2017年2月22日，天文学家宣布在TRAPPIST-1周围再发现4颗行星[21][22]。除了TRAPPIST，参与发现这4颗行星的望远镜还有甚大望远镜、史匹哲太空望远镜等等。因此环绕TRAPPIST-1的行星数量达到7颗，并且可能至少有3颗行星位于适居带内[23]。因此可以想像，如果该系统其他4颗行星表面如有液态水存在于某处，也许也是适合生命存在的[24][25][26]。

发现与命名

TRAPPIST-1于1999年由2微米全天巡天（2MASS）发现[27]，被编号为"2MASS J23062928-0502285"。编号中的数字分别是该天体在天球上的赤经与赤纬，字母J则代表J2000.0历元。

之后比利时列日大学的研究团队于2015年9月至12月间使用位于南半球的凌星行星及原行星小望远镜对该天体进行观测，并于2016年5月的《自然》期刊发表了他们的发现[18][12]。该望远镜的英文缩写TRAPPIST来自于比利时严规熙笃隐修会，以及该团队喜爱的修道院啤酒[28][29]。因为该恒星是凌星行星及原行星小望远镜发现的第一批系外行星的母恒星，因此发现者将它编号为 "TRAPPIST-1"。

系外行星的名称则与发现的顺序有关，并且第一颗被发现的行星是以母恒星名称后缀字母b开始，第二颗后缀c，以此类推[30]。TRAPPIST-1第一批发现的3颗行星的后缀b、 c、d则是依照与母恒星距离由近而远编号[12]。第二批发现的也以相同规则自e到h编号。

2017年2月23日，Google涂鸦的图像以太阳系外行星为主题庆祝该系统第二批4颗行星的发现[31]。

恒星状态

TRAPPIST-1是一颗超低温矮星（Ultra-cool dwarf），光谱类型M8.0 ± 0.5。它的质量只有太阳的8%，半径则只有太阳的11%，与木星接近[12]。它的表面温度约2550 K，年龄至少5亿年（超过这个最小值则代表该恒星已经过了它年轻时期的活跃状态。因为该类恒星的演化速度极为缓慢，它的状态与年龄的关联性不够明显。）[12]。相较之下，太阳年龄约46亿年[32]，表面温度约5778 K.[33]。

因为TRAPPIST-1的低光度，它的寿命也许可以达到12兆年[34]。TRAPPIST-1是一颗富含金属的恒星，金属量（[Fe/H]）为0.04，即太阳的109%。它的光度只有0.05% L☉，并且辐射能量大多在红外线部分。它的视星等是肉眼不可见的18.80。

行星系统

2017年2月，天文学家宣布TRAPPIST-1周围发现7颗类地行星，并且其中5颗（b、c、e、f与g）的体积与地球接近，另外两颗（d和h）的体积则在火星与地球之间[35]。有3颗（e、f 和g）的轨道位于适居带[35][36][37][38]。其中较内侧的6颗行星的质量总和占母恒星的0.02%，与木星的伽利略卫星类似，因此两者可能有相类似的形成历史[35]。

TRAPPIST-1的行星系[12][35]
成员
(依恒星距离) 		质量 半长轴
(AU) 		轨道周期
(天) 		离心率 倾角 半径
b 0.85±0.72 M⊕ 0.01111 1.51087081 ± 0.00000060 < 0.081 89.65 ± 0.25° 1.086 ± 0.035 R⊕
c 1.38±0.61 M⊕ 0.01522 2.4218233 ± 0.0000017 < 0.083 89.67 ± 0.17° 1.056 ± 0.035 R⊕
d 0.41±0.27 M⊕ 0.021 ± 0.006 4.049610 ± 0.000063 < 0.070 89.75 ± 0.16° 0.772 ± 0.030 R⊕
e 0.62±0.58 M⊕ 0.028 6.099615 ± 0.000011 < 0.085 89.86 ± 0.11° 0.918 ± 0.039 R⊕
f 0.68±0.18 M⊕ 0.037 9.206690 ± 0.000015 < 0.063 89.680 ± 0.034° 1.045 ± 0.038 R⊕
g 1.34±0.88 M⊕ 0.045 12.35294 ± 0.00012 < 0.061 89.710 ± 0.025° 1.127 ± 0.041 R⊕
h 不明（可能 <1） M⊕ 0.063+0.027
−0.013 		20+15
−6 		不明 89.80 ± 0.07° 0.755 ± 0.034 R⊕
TRAPPIST-1行星系统的其中2颗行星凌星想像图
TRAPPIST-1所有行星与太阳系4颗内行星比较想像图。本图的直径、质量以及与母恒星距离均使用已知资料。
TRAPPIST-1行星系统与太阳、木星以及其他太阳系天体体积比较。

这7颗行星的平均密度在地球的0.6至1.17倍之间（地球密度 ρ⊕ 为 5.51 g/cm3），代表它们主要由岩石组成。其中6颗密度的误差范围过大，无法指出组成成分中是否有挥发物质与含量，只有TRAPPIST-1f的值为 0.60±0.17 ρ⊕，暗示可能存在水冰层甚至大气层等挥发成份[35]。

TRAPPIST-1的7颗行星轨道都远小于水星环绕太阳的轨道。最内侧的2颗TRAPPIST-1b与TRAPPIST-1c与母恒星距离只相当于地球与月球距离的1.6倍。每颗行星应该在彼此的天空中显著地交错出现，并且在某些情形下，所见到的直径会是地球上所见月球直径数倍[38]。最靠近母恒星的行星其一“年”仅相当于地球的1.5日，而第6颗行星的轨道周期也只有12.3日。第7颗行星的轨道周期尚未完全确定，大约是20+15
−6日，这是因为目前只观测到它的一次凌星现象。一般认为年轻矮星表面会发生频繁而强烈的耀斑，会使靠近母恒星的行星大气层被剥离[39]。

轨道近共振

TRAPPIST-1系统中较内侧6颗行星的轨道几乎是共振的，分别具有大约24/24、24/15、24/9、24/6、24/4与24/3比例的相对周期，或者是与最近邻天体周期比例（方向向外）大约是8/5、5/3、3/2、3/2与4/3（即1.603、1.672、1.506、1.509和1.342）。这是太阳系外行星系统中已知最长的近共振链，并且这现象被认为是所有行星在距离母恒星更远处形成后，在残馀的原行星盘内向内部迁移时互相交互作用造成 [35]。这样的向内迁移过程增加了液态水存在于这些行星表面的机率。最外侧行星的轨道周期仍无法得知较精确数值，无法得知是否与其他6颗行星共振。

行星系统的强烈极紫外线辐射

天文学家以XMM-牛顿卫星对TRAPPIST-1的X射线观测资料的研究显示，在该恒星适居带的行星如接受到足够强度的X射线与极紫外线辐射，就会使行星的原始大气（英语：Primary atmosphere）与次级大气（英语：Secondary atmosphere）组成有明显变化[40]。

行星大气层光谱

因为TRAPPIST-1行星系统规模相对较小，且行星通过恒星盘面与观测者之间时会产生凌星现象，天文学家可在TRAPPIST-1的行星凌星时观测恒星光通过行星大气层后的光谱变化以研究行星光谱[41]。

从哈伯太空望远镜获得的TRAPPIST-1b与c合并透射光谱分析结果排除前述两颗行星大气层中主要是由氢组成的无云大气层可能性；因此它们不太可能有延伸到高处的高层大气层,除非是在高空处有较多云层。两颗行星其他大气层结构分布则是从无云水蒸气组成至类似金星大气层，并且表现是无特征的连续谱[42]。

透过詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）与欧洲极大望远镜（EELT）等未来望远镜的观测，天文学家预期将可观测到行星大气层内的温室气体成分，允许天文学家更精准地推测系外行星表面状况。未来的望远镜观测结果或许还可以侦测到大气层内的臭氧、甲烷等生物特征[43]，如果真有生物存在于目标行星 [14][44][45]。

无线电波讯号搜寻

2017年2月，SETI协会的资深天文学家赛斯·肖斯塔克（英语：Seth Shostak）写下：“...SETI协会于去年（2016年）使用艾伦望远镜阵观测TRAPPIST-1周围区域，并扫描了100亿个无线电频道以搜寻可能的智慧生命讯号。但并未侦测到讯号传播，虽然新的观测正在进行...”[23]

水的流失

TRAPPIST-1 b与c从形成至今流失的水量可能相当于地球海洋水量总和的15倍（虽然实际损失量可能较低）。但取决于两颗行星的初始含水量，它们今日保有的液态水量可能仍足以让生命生存[26]。

潮汐锁定

TRAPPIST-1的所有7颗行星可能都已被潮汐锁定（即行星永远以同一面面对恒星）[35]，这让系统中的行星上发展生命（英语：Habitability of red dwarf systems）“更具挑战性”[15]。另一个较低的可能性则是某几颗行星被锁定在较高阶的自转轨道共振状态。被潮汐锁定的行星可能会在永昼的昼半球和永夜的夜半球之间有极大温差，这可能会产生环绕行星的极强风。因此，这类行星昼半球与夜半球之间的晨昏圈可能是最适合生命生存的区域。

图集

  • 太阳与极低温红矮星TRAPPIST-1比较。后者直径只有太阳的11%，并且色泽远比太阳偏红。
    太阳与极低温红矮星TRAPPIST-1比较。后者直径只有太阳的11%，并且色泽远比太阳偏红。
  • TRAPPIST-1的三颗行星环绕母恒星想像图。
    TRAPPIST-1的三颗行星环绕母恒星想像图。
  • 在该行星系统其中一颗行星上观看其他两颗行星与母恒星的想像图。
    在该行星系统其中一颗行星上观看其他两颗行星与母恒星的想像图。
  • TRAPPIST-1行星系(艺术家概念图).
    TRAPPIST-1行星系(艺术家概念图).
  • TRAPPIST-1行星系与太阳系的比较; TRAPPIST-1的全部7个行星都在水星轨道之内。
    TRAPPIST-1行星系与太阳系的比较; TRAPPIST-1的全部7个行星都在水星轨道之内。
  • 史匹哲等望远镜总计超过20日（2016年9月和10月）的TRAPPIST-1凌星观测资料，可分析出7颗行星造成母恒星亮度下降（注意本图底部）。
    史匹哲等望远镜总计超过20日（2016年9月和10月）的TRAPPIST-1凌星观测资料，可分析出7颗行星造成母恒星亮度下降（注意本图底部）。
  • TRAPPIST-1系统中7颗行星凌星光变曲线。体积较大行星会使光度下降较多；并且距离母恒星距离较远者，光度下降时间较长（资料来自史匹哲太空望远镜）
    TRAPPIST-1系统中7颗行星凌星光变曲线。体积较大行星会使光度下降较多；并且距离母恒星距离较远者，光度下降时间较长（资料来自史匹哲太空望远镜）

视讯档

  • 视讯 (00:44) - 从地球到TRAPPIST-1 的旅途观看(艺术家概念图).
  • 视讯 (00:22) - 从围绕TRAPPIST-1的七个行星之一观看 (艺术家概念图).

参见

注释

参考资料

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