# 韦伯望远镜可以测量系外行星的温度吗？

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# 韦伯望远镜可以测量系外行星的温度吗？

![艺术描绘TRAPPIST-1和TRAPPIST-1b的可能形态。TRAPPIST-1b是TRAPPIST-1系统中已知的七颗行星中最靠内部的一颗，它以0.011 AU的距离绕其恒星运行，完成一个周期只需1.51地球日。TRAPPIST-1b略大于地球，但密度大致相同，这表明它必须由岩石组成。韦伯望远镜通过对TRAPPIST-1b发出的中红外光的测量显示，这颗行星没有任何实质性的大气层。TRAPPIST-1恒星是一颗超冷红矮星（M型矮星），温度仅有2566开尔文，质量只有太阳的0.09倍。这幅插图基于韦伯望远镜的中红外仪器（MIRI）新数据以及其他地基和空间望远镜的先前观测所得。韦伯望远镜尚未捕捉到该行星的任何图像。 来源：美国国家航空航天局（NASA）、欧洲航天局（ESA）、加拿大航天局（CSA）、J. Olmsted（STScI）](https://laysky-1253599544.cos-website.ap-shanghai.myqcloud.com/images/202303312253825.jpg)

## TRAPPIST-1：距离我们约40光年的红矮星

TRAPPIST-1是一颗位于宝瓶座的超冷红矮星，距离我们约40光年。这颗恒星的体积仅比木星大一点，质量约为太阳的8%。

2017年初，天文学家宣布这颗恒星拥有7颗岩石行星，这些行星的大小和质量都与太阳系内的岩石行星相似，但却更加靠近它们的恒星，轨道周期都非常短。

## 宜居带：可能存在适合生命的条件

在这些行星中，有3颗位于该恒星的宜居带，这表示它们可能拥有适合生命存在的条件。

其中，TRAPPIST-1b是最靠近母恒星的行星，其轨道约为地球到太阳距离的百分之一，接收的能量约是地球从太阳获得能量的4倍。

根据韦伯望远镜中红外成像-光谱仪（MIRI）的数据分析，其白天的温度约为摄氏227度。

虽然它并非位于宜居带中，但对此行星的观测可以提供有关其兄弟行星，以及其他红矮星系统重要的信息。

## 红矮星：银河系中数量庞大的恒星

研究人员表示，银河系中此类恒星的数量是太阳般恒星的10倍，它们拥有岩石行星的可能性是太阳般恒星的2倍。

它们也非常活跃，年轻时非常明亮，发出的闪焰和X射线可以摧毁大气层。如果我们想了解红矮星周围的适居性，TRAPPIST-1系统是一个很棒的实验室，是我们观察岩石行星大气层的最佳目标。

## 潮汐锁定：影响行星大气层分布的关键因素

之前使用哈伯和斯皮策太空望远镜对TRAPPIST-1b观测时，没有发现大气层存在的证据，但无法排除存在浓密大气层的可能性。而减少不确定性的方法是测量该行星的温度。

此行星因潮汐锁定，因此一侧恒面向恒星，而另一侧则始终处于黑暗。大气层可以用来循环和重新分配热量，如果它拥有大气层，那么白天那一侧的温度将会比没有大气层时来的凉爽。

## 次食光度法：测量行星亮度变化的方法

当行星从它的恒星后面经过时，这种只观察到来自恒星光的现象称为次食（secondary eclipse）。

天文学家使用次食光度法（secondary eclipse photometry），测量了TRAPPIST-1系统的亮度变化。虽然TRAPPIST-1b的温度不足以发出可见光，但它确实会发出红外光。

透过恒星和行星的总亮度减去恒星自身（在次食期间）的亮度，天文学家可以成功地计算出行星发出了多少红外光。由于恒星比行星亮1,000多倍，亮度变化小于0.1%，韦伯探测到次食本身就是一个重要的里程碑。

![行星TRAPPIST-1b移动到恒星后面时TRAPPIST-1系统的亮度变化。当行星在恒星旁，恒星和行星日侧发出的光都到达望远镜，系统显得更亮。但当行星位在恒星后面时，行星发出的光被阻挡，只有星光到达望远镜，导致亮度降低。图片来源：NASA、ESA、CSA、J. Olmsted (STScI)](https://laysky-1253599544.cos-website.ap-shanghai.myqcloud.com/images/202303312248380.jpg)

## 分析数据：揭示行星大气层的存在

团队分析了来自5个独立的次食观测数据，将结果与显示在不同情况下温度应该是多少的电脑模型进行比对，结果与由裸露岩石构成的黑体几乎完全一致，没有大气来循环热量，也没有看到任何光被二氧化碳吸收的迹象。

![将韦伯MIRI测量到TRAPPIST-1b白天温度与各种条件下温度的电脑模型进行比对。图片来源：NASA、ESA、CSA、J. Olmsted (STScI)](https://laysky-1253599544.cos-website.ap-shanghai.myqcloud.com/images/202303312249447.jpg)

TRAPPIST-1b的其他次食观测正在进行中，希望最终能捕捉到一个完整的轨道亮度变化相位曲线，这将使他们能够看到温度从白天到夜晚的变化，并确认该行星是否有大气层。

这是我们第一次能够探测到来自岩石行星的辐射，这将是发现系外行星非常重要的一步。

- 相关研究成果将发表于《Nature》期刊上。



- 参考：
  - https://www.nasa.gov/feature/goddard/2023/nasa-s-webb-measures-the-temperature-of-a-rocky-exoplanet
  - https://www.tam.gov.taipei/News_Content.aspx?n=EF86D8AF23B9A85B&sms=F32C4FF0AC5C2801&s=8DD8DC1547C0B373