作者：Elizabeth Landau，
美国宇航局喷气推进实验室
根据发表在《天文学与天体物理学》杂志上的一项新研究， TRAPPIST-1的七颗地球大小的行星大多由岩石构成，其中一些行星的含水量可能比地球还要多。现在对行星密度的了解比以前更加精确，这表明一些行星的质量可能高达 5% 是水，这是地球上海洋的 250 倍。
TRAPPIST-1 行星上水的形态取决于它们从恒星接收的热量，而恒星的质量仅为太阳的 9%。距离恒星最近的行星更有可能以大气蒸气的形式存在水，而距离恒星较远的行星则可能有水以冰的形式冻结在其表面。TRAPPIST-1e 是所有行星中岩石含量最多的行星，被认为有可能存在一些液态水。
加利福尼亚州帕萨迪纳市加州理工学院/IPAC 斯皮策科学中心经理、这项新研究的合著者肖恩·凯里 (Sean Carey) 表示：“我们现在对 TRAPPIST-1 的了解比我们自己的行星系统还要多。” “我们研究中密度的提高极大地加深了我们对这些神秘世界本质的理解。”
自 2017 年 2 月揭示该系统的范围以来，研究人员一直在努力更好地描述这些行星的特征并收集更多有关它们的信息。这项新研究对行星的密度提供了比以往更好的估计。
TRAPPIST-1是什么？
TRAPPIST-1 是以智利的凌日行星和星子小型望远镜 (TRAPPIST) 命名的，该望远镜于 2016 年宣布发现了我们今天所知的七颗行星中的两颗。美国宇航局的斯皮策太空望远镜与地面望远镜合作，证实了这些行星并发现了该系统中的其他五颗行星。
此后，美国宇航局的开普勒太空望远镜也观测了 TRAPPIST-1 系统，斯皮策开始了一项额外 500 小时的 TRAPPIST-1 观测计划，该计划将于 3 月份结束。这些新数据帮助研究作者比以往任何时候都更清晰地描绘了该系统——尽管关于 TRAPPIST-1 还有很多东西需要了解。
更多：哈勃探测 TRAPPIST-1 宜居带系外行星的大气层
TRAPPIST-1 行星彼此挤得很近，以至于站在这些行星之一的表面上的人可以看到天空中邻近行星的壮观景色。对于地球上的观察者来说，这些行星有时看起来比月球还要大。它们也可能被潮汐锁定，这意味着行星的同一面始终面向恒星，每一面都处于永恒的白天或黑夜。尽管这些行星与恒星的距离都比水星与太阳的距离还要近，但 TRAPPIST-1 是一颗凉爽的恒星，理论上它的一些行星可能含有液态水。
在这项新研究中，瑞士伯尔尼大学西蒙·格林领导的科学家们创建了计算机模型，以便根据所有可用信息更好地模拟行星。格林说，对于每颗行星，研究人员都必须根据新测量的质量、轨道周期和各种其他因素提出一个模型，这使得它成为一个极其困难的“35 维问题”。我们花了 2017 年的大部分时间来发明新技术并运行模拟来表征行星的成分。
这些行星会是什么样子？
不可能确切地知道每颗行星的样子，因为它们距离太远。在我们的太阳系中，月球和火星的密度几乎相同，但它们的表面却完全不同。
“密度虽然是行星组成的重要线索，但并不能说明宜居性。然而，随着我们继续探索这些行星是否能够支持生命，我们的研究向前迈出了重要的一步，”合著者布里斯-奥利维尔·德莫里（Brice-Olivier Demory）说道。在伯尔尼大学。
根据现有数据，以下是科学家对行星外观的最佳猜测：
TRAPPIST-1b，最内层的行星，可能有一个岩石核心，周围的大气层比地球厚得多。TRAPPIST-1c 也可能有岩石内部，但大气层比 b 行星稀薄。TRAPPIST-1d 是行星中最轻的——大约是地球质量的 30%。科学家们不确定它是否拥有广阔的大气层、海洋或冰层——所有这三者都会给这颗行星带来一个挥发性物质的“外壳”，这对于一颗密度如此之大的行星来说是有意义的。
令科学家们感到惊讶的是，TRAPPIST-1e 是该系统中唯一一颗密度比地球略大的行星，这表明它的铁芯可能比我们的母星密度更大。与 TRAPPIST-1c 一样，它不一定有厚厚的大气层、海洋或冰层——这使得这两颗行星在系统中截然不同。令人费解的是，为什么 TRAPPIST-1e 的岩石成分比其他行星要多得多。就大小、密度和从恒星接收的辐射量而言，这是与地球最相似的行星。
TRAPPIST-1f、g 和 h 距离主星足够远，水可以在这些表面冻结成冰。如果它们的大气层稀薄，它们就不可能含有地球的重分子，例如二氧化碳。
瑞士苏黎世大学的研究合著者卡罗琳·多恩说：“有趣的是，密度最大的行星并不是距离恒星最近的行星，而且较冷的行星也无法拥有厚厚的大气层。”
我们怎么知道？
科学家能够计算行星的密度，因为它们恰好排列在一起，当它们经过恒星前方时，我们的地球和太空望远镜可以检测到其光线的变暗。这称为过境。星光变暗的程度与行星的半径有关。
为了获得密度，科学家们利用了所谓的“传输时间变化”。如果凌日行星上没有其他引力，它总是会在相同的时间内从其主恒星前面穿过——例如，地球每 365 天绕太阳一周，这就是我们定义一年的方式。但由于 TRAPPIST-1 行星靠得很近，它们彼此的“年”时间发生了微小的改变。这些轨道计时的变化用于估计行星的质量。然后，使用质量和半径来计算密度。
下一步
探索 TRAPPIST-1 的下一步将是 NASA 的詹姆斯·韦伯太空望远镜，它将能够深入研究这些行星是否有大气层的问题，如果有的话，这些大气层是什么样的。最近使用 NASA 哈勃太空望远镜进行的一项研究发现，在 TRAPPIST-1d、e 和 f 行星上没有检测到以氢为主的大气层——这是岩石成分的另一个证据——尽管不能排除 g 存在以氢为主的大气层的可能性。
随着持续的科学研究深入了解这些世界的特性，这些世界的插图将会发生变化。
斯皮策科学中心的高级可视化科学家罗伯特·赫特说：“我们对这些行星今天的样子的看法可能会随着时间的推移而发生巨大变化。” “随着我们对这些行星的了解越来越多，我们所拍摄的图片也会随着我们对这些行星的了解的加深而不断发展。
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