水瓶七星

本文已被授權轉載許可，原文出處：外星人，你是住這兒嘛？論發現宜居行星TRAPPIST-1的「眼睛」，原創作者：Saturn V（土星五號）

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題圖來自：https://www.youtube.com/watch?v=o2MgG6KhO1E

以下正文

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2017年2月22日，NASA宣布在距離地球大約40光年的水瓶座星系中同時發現了7顆環繞同一恆星的類地行星。此發現打破了NASA同時發現類地行星的紀錄，同時由於TRAPPIST-1溫度較低而歸於極低溫的超冷紅矮星（https://zh.wikipedia.org/wiki/TRAPPIST-1），使得環繞的7顆行星都很有可能擁有液態水。更有趣的是根據NASA對行星質量密度的計算，7顆行星均極有可能為固體行星，這意味著這些行星不僅適宜殖民，甚至有可能已經存在生命。（萬一三體人住這裡，我們可以準備出發反殺了，哈哈）本文作者：Saturn V（土星五號）。

NASA的新發現讓谷歌都不禁賣起了萌，而川普當總統才1個月，NASA就發現了7星球，3個宜居，看得出來，NASA科學家其實是在用行動表示——I dont want to live on this planet anymore.

其實說到這裡會有人好奇了，這個名叫TRAPPIST-1的星系距離地球40光年，意味著哪怕宇宙中最快的速度光都要走40年，NASA和JPL是怎麼發現的，又是怎麼精確估算出這7顆行星的具體數據呢？想回答這個問題，要先從此星系的名字開始說起。

TRAPPIST其實是位於智利的Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope–South，意為「全自動化太空望遠鏡」的簡寫，之所以選擇如此蹩腳的簡寫是因為在比利時列日操縱此望遠鏡的工作人員想向比利時著名的修道院啤酒致敬（這都是什麼和什麼啊）。這座直徑僅0.6米的天文望遠鏡在2016年5月發現有三顆環繞單一恆星的行星，隨後此恆星星系便被命名為TRAPPIST-1，意指此望遠鏡發現的第一個星系。

TRAPPIST是如何發現有行星環繞恆星的呢？原理很簡單，恆星不斷散發出光，環繞它的行星會周期性阻擋此恆星射向地球的光。就像日全食時月球擋住太陽射往地球的光一樣，環繞TRAPPIST-1的行星也會阻擋TRAPPIST-1的光。天文學家通過長時間觀察恆星光芒的變化，便可發現是否有光衰減，進而判斷是否有行星環繞。此法在天文學上常被叫做凌日法。當然由於恆星光芒十分強烈，體積小的行星對恆星光芒的阻擋很難觀測到，屆時便需要精度更高，干擾更少且使用不同波段的天文望遠鏡了。

其實若只是發現三顆環繞TRAPPIST-1恆星的行星本身並不新鮮，畢竟發現新的行星對天文學家來說是家常便飯。然而在通過阻擋周期計算出這三顆行星的環繞軌道，進而計算出三顆行星的質量後，TRAPPIST望遠鏡的工作者們驚喜萬分。配合上觀測阻擋面積估算的行星體積，列日的天文學家們通過質量密度發現這三顆行星為岩質，各項數據均表明新發現的三顆行星是標準的類地行星。此消息立即引來了一直致力於搜尋類地行星的NASA的興趣，NASA於是決定調用加州理工和噴氣動力實驗室（JPL）負責的斯皮策空間望遠鏡對TRAPPIST-1恆星進行更細緻的觀測。

和TRAPPIST望遠鏡的可見光波段不同，斯皮策空間望遠鏡為專職紅外波段的太空望遠鏡。紅外波段光的波長要長於可見光，而光所釋放的能量和波長成反比，也就是說同樣的初始能量下，紅外波段光的傳播距離要長於可見光，衰減也就更小。同時紅外波段光能穿透可見光難以穿透的宇宙塵埃，因而十分適合觀測太陽系外恆星。

除去觀測波段的優勢外，斯皮策空間望遠鏡還有其他任何太空望遠鏡都沒有的優勢。和環繞近地軌道飛行的哈勃太空望遠鏡不同，斯皮策空間望遠鏡在位於地球公轉軌道後方，一條環繞太陽的軌道上，大約位置接近地球和太陽的L5拉格朗日點。此位置讓斯皮策避免地球的紅外干擾，同時獨特的設計讓斯皮策的紅外陣列相機能保持5.5K的溫度一直背對太陽，避免了太陽的紅外干擾。

接近真實比例的TRAPPIST-1星系想像圖（這圖感覺「太陽」長了兩個眼睛在一臉無辜的注視著小弟們）

在接到TRAPPIST-1星系的消息後，斯皮策空間望遠鏡在2016年秋天對TRAPPIST-1恆星進行了長達500個小時的連續觀測，獲得了足夠多的可能的行星凌日數據。在對這龐大的數據進行接近半年的分析後，JPL終於破解了TRAPPIST-1星系複雜的，由7顆類地行星環繞一顆低溫白矮星構成的星體結構。對TRAPPIST-1恆星亮度的觀測亦估算出其溫度，JPL發現7顆行星中有3顆是在TRAPPIST-1恆星的宜居帶內，也就是說行星表面溫度不會過高使得水全部蒸發為水蒸氣，亦不會過低使水全部凝固成冰。

行星宜居帶，JPL超形象化的圖裡中間三顆行星附近有水，外邊兩個行星附近是冰，最近兩個行星附近是水蒸氣

發布會視頻：NASA天文學家詳解新發現宜居帶內三顆類地行星 與地球極其相似 - Watch This! 新聞頻道第二輯 - 騰訊視頻

（感謝watchthis字幕組翻譯）

那麼在發現這些全新的類地行星後，NASA和JPL會做什麼呢？如果把TRAPPIST望遠鏡比做10倍放大鏡，斯皮策太空望遠鏡比做100倍放大鏡，接下來登場的便是1000倍放大鏡了。早在2016年5月哈勃太空望遠鏡便利用優於斯皮策的解析度對TRAPPIST-1的三顆行星進行大氣觀測，試圖通過行星大氣顏色來計算大氣主要成分。不過很可惜礙於近地軌道的干擾限制，哈勃並不是NASA所期望的「1000倍放大鏡」, NASA夢寐以求的太空望遠鏡現在正在馬里蘭州的戈達德太空飛行中心進行測試。

哈勃（左）和JWST（右）第一級主鏡片大小對比，韋伯（JWST）很可能會取得不遜於哈勃的科學成就，但是從工程、進度和經費上來講，這個項目就是個災難（鏈接）。

沒錯，那就是詹姆斯?韋伯空間望遠鏡（JWST）。JWST繼承了斯皮策的紅外波段，18面鍍金鏡面組成直徑約6.5米的主鏡片為JWST提供了遠超哈勃的觀測精度和解析度。除此之外JWST將會部署在地球和太陽的L2拉格朗日點，此點使得JWST和地球以及太陽相對靜止，同時由於L2位於地球遠離太陽側，JWST可以躲在地球的陰影下最大限度避免太陽的紅外干擾。

JWST計划進入環繞圖中L2處的相對穩定軌道

NASA計劃JWST在2018年10月由歐洲人的阿麗亞娜-5火箭在蓋亞那太空中心發射，屆時對TRAPPIST-1星系的7顆類地行星進行詳細大氣觀測會是JWST的重要目標之一。NASA希望JWST能通過光譜分析出行星大氣中水，氧氣，甲烷和臭氧等的含量，進一步確定這7顆行星是否真的宜居。

NASA製作的此次7顆地外行星發現的宣傳海報。由於這7顆行星環繞軌道較為接近，在其中一顆的地表上可以看到其餘6顆的全貌。（也就是說圖中的景象在這些星球上是真的）衷心希望海報里描述的行星「跳躍」的星際殖民時代，能有一天成為現實。

下面是新聞視頻：

NASA科學家介紹功臣斯皮策太空望遠鏡：原本並非專門研究行星 - Watch This! 新聞頻道第二輯 - 騰訊視頻

NASA天文學家詳解新發現宜居帶內三顆類地行星 與地球極其相似 - Watch This! 新聞頻道第二輯 - 騰訊視頻

NASA公布重大發現 找到7顆類地行星3顆可能有水 - 衝擊播 - 騰訊視頻

NASA：新發現的類地行星距離極近 就像在地球上看月亮一樣 - Watch This! 新聞頻道第二輯 - 騰訊視頻

https://www.youtube.com/watch?v=bnKFaAS30X8

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