[解读科学]首次成功直接观测类地系外行星

韦伯望远镜首拍距地球40光年的TRAPPIST-1 b微弱光芒
此前小型系外行星仅能间接观测
通过测温判断是否存在大气

詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）史上首次直接捕捉到远离地球的小型系外行星发出的微弱光线，由此测定了该行星的温度，并确认其几乎不存在大气。

美国国家航空航天局（NASA）所属的艾姆斯研究中心于当地时间28日在国际学术期刊《自然》（Nature）上公布了这一研究结果。研究中心表示，成功利用中红外观测仪（MIRI）拍摄到距离地球约40光年的红矮星“TRAPPIST-1”恒星系中的第一颗行星“TRAPPIST-1 b”。

这是人类首次在太阳系之外直接观测到类似地球大小的岩石行星。迄今为止，人类尚无法直接观测到远离太阳系的小型行星。像太阳这样的恒星会自行发光，因此可以在远距离被直接观测到；但像地球这样隶属于恒星系的行星本身并不发光，非常暗，只能通过其绕恒星公转时产生的“阴影”间接推断其密度、大小、大气成分等。只有在极少数情况下，像木星那样的超级巨型行星由于体积巨大，才能部分被直接观测到。

尤其是此次观测的TRAPPIST-1 b行星与其母恒星距离极近，两者之间的距离仅为太阳与水星（Mercury）距离的四十分之一左右，约为地球与太阳距离的百分之一，属于超近距离。在一般情况下，恒星系中心恒星附近的行星会被耀眼的光和热所掩盖，无法在远距离被观测到。

然而这一次，由于该恒星系中心恒星属于温度较低的红矮星（Red Dwarfs），再加上安装在JWST上的MIRI设备具有极高灵敏度的观测性能，两者综合作用，才首次实现了“直接观测”。NASA表示：“我们首次观测到了类似太阳系岩石行星那样寒冷而小型的系外行星所发出的全部光线”，“这为判断像TRAPPIST-1这样的小型活跃恒星周围运行的行星，能否维持生命所需的大气层，提供了关键线索。”

国立果川科学馆学艺研究员 Kang Seongju 表示：“此次观测过去几乎被认为是不可能完成的任务，但正因为有JWST的MIRI仪器才得以成功”，并称“这一具有重要意义的发现标志着人类首次直接观测到了地球型小型岩石行星”。

研究中心还表示，通过本次观测结果成功测定了TRAPPIST-1 b行星的温度，从而判断其大气层是否存在。观测显示，该行星大气层温度约为500开尔文（华氏450度，摄氏232.2度），这一数值与研究团队事先在假设行星几乎没有大气情况下所预估的温度相近。也就是说，TRAPPIST-1 b行星要么不存在大气，要么大气极为稀薄。Kang学艺研究员解释称：“如果存在大气层，就会发生大气环流，使行星温度保持在相对较低的水平；若无大气层，则会因直射光而呈现出极高温度。”“本次观测得到的温度水平与以‘不存在大气层’为前提所预估的数值非常接近，基于此推断TRAPPIST-1 b行星很可能没有大气。”

TRAPPIST-1恒星系最早于2017年初被观测到，7颗岩石行星绕一颗红矮星运行，其结构与太阳系颇为相似，因此备受关注。尤其是距离TRAPPIST-1恒星最近的TRAPPIST-1 b行星，尽管与中心恒星距离过近，不在所谓“宜居带”（Goldilocks Zone，适合生命存在的区域）之内，但作为一颗大小与地球相近的岩石行星，一直是科学家探索生命存在可能性的主要目标之一。

科学界认为，此次成功直接观测太阳系外系外行星，再次展现了JWST的惊人性能。即便TRAPPIST-1恒星是红矮星，TRAPPIST-1 b行星与其距离仍然过近，所受光照强度是地球从太阳获得光照的4倍。然而，搭载在JWST上的MIRI依然精确捕捉到了这颗行星反射出的微弱中红外光，并进一步测定了其温度。哈勃空间望远镜以及已退役的斯皮策空间望远镜此前也曾观测TRAPPIST-1恒星系，但从未取得确认行星大气层是否存在的成果。