在太阳系内,地球、火星、木星等行星都绕着太阳运行。同样的,天文学家在太阳系之外的许多恒星系统中,也发现了绕恒星运行的系外行星。那些位于宜居带内的系外行星尤为受到关注,这是因为宜居带内的行星距离中心的恒星“不远不近”,这样的距离有机会让水在行星表面保持液态,也就意味着那些星球有可能孕育出已知的生命形式。因此,在这些系外行星的大气中寻找宜居环境和生命征迹,也成为了系外行星研究领域的一座圣杯。
最近,在一项发表在《自然·天文》杂志上的研究中,一组研究人员提出了一种在其他行星上寻找液态水甚至生命的新方法。他们相信,这种方法有望让天文学家在未来几年内实现对其他星球上的液态水的探测。
在太阳系中,科学家可以通过观察太阳光在液体表面反射的“闪光”,来探测液态海洋的存在。例如,科学家已经在土星最大的卫星土卫六(Titan)上观测到了这样的闪光,帮助确认了土卫六上存在大型湖泊。然而,目前的探测技术还无法检测到遥远行星上的类似闪光。
在新研究中,研究人员通过观察太阳系中的类地行星的情况,意识到在遥远的星球上,还可以探测到另一个宜居性特征。金星、地球、火星是三颗相似的行星,它们都是岩质行星,且都处于太阳周围的一个相对温和的地区。但是,地球却是目前这三颗行星中唯一拥有液态水的行星。除此之外,研究人员还注意到另一个明显的区别:与金星和火星相比,地球大气中的二氧化碳含量明显更少。
研究人员制定了一套通过寻找二氧化碳消耗的特征来探测宜居行星的策略。这种策略最适合寻找与我们的太阳系类似的系统,在这样的系统中,存在多个大小相当的类地行星,且它们以相对靠近的距离绕轨道运行。这种搜寻方法的第一步,是通过寻找二氧化碳来确认一颗行星是否拥有大气。二氧化碳之所以可以作为揭示是否存在大气,是因为据理论预计,二氧化碳是大多数行星大气层的主要成分。
而二氧化碳是一种非常强的红外线吸收体,可以很容易就被检测到。这项研究的研究人员表示,二氧化碳相对减少,是目前唯一一个可被探测的宜居性特征。更重要的是,这种新的宜居性特征已经被韦布空间望远镜(JWST)捕捉到。研究人员预测,在不久的将来,JWST将可以对如TRAPPIST-1等附近的多行星系统中的二氧化碳进行测量,甚至还可能测量臭氧。
TRAPPIST-1是一个围绕着一颗明亮恒星运行的七行星系统,距离地球仅40光年,是可以用JWST进行大气研究的少数几个系统之一。