新发现的行星SPECULOOS-3b围绕一颗超冷矮星运行，可能没有大气层，为研究系外行星的地质提供了独特的见解。来源:SciTechDaily.com
阿斯特罗科学家们发现了一颗新的地球大小的行星SPECULOOS-3b，它围绕着一颗距地球55光年的木星大小的冷恒星运行。与地球不同，这颗行星可能缺乏大气层，因为它靠近恒星的强烈辐射，为直接对其表面成分和历史进行地质研究提供了一个独特的、畅通无阻的视角。
麻省理工学院、里昂奇大学和其他地方的天文学家发现了一颗围绕一颗小冷恒星运行的新行星，距离地球只有55光年。尽管这颗附近的系外行星在大小和岩石组成上与地球相似，但相似之处也仅此而已。关键的区别在于，这颗新世界很可能没有大气层。
在2024年5月15日发表在《自然天文学》杂志上的一篇论文中，研究人员证实了对SPECULOOS-3b的探测，这是一颗地球大小的、可能没有空气的行星，该团队使用望远镜网络发现了这颗行星，这是SPECULOOS(搜索行星蚀超冷恒星)项目的一部分。
这颗新行星围绕着附近的一颗超冷矮星运行，超冷矮星是一种比太阳更小、更冷的恒星。超冷矮星被认为是我们银河系中最常见的恒星类型，尽管它们也是最微弱的，使得它们在夜空中很难被发现。
这颗新行星所在的超冷矮星大约是太阳的十分之一大小，亮度是太阳的1000倍。这颗恒星的大小与木星相似，温度是太阳的两倍。尽管如此，由于这颗行星离得非常近，这颗矮星向这颗行星的表面辐射了大量的能量:SPECULOOS-3b在17小时内就绕着它的恒星转了一圈。因此，新行星上的一年比地球上的一天还要短。
因为它离它的恒星很近，这颗行星每秒受到的辐射是地球从太阳接收的辐射的16倍。研究小组认为，这种强烈而无情的暴露很可能蒸发了这颗行星曾经拥有的任何大气层，使其成为一个没有空气的、暴露的、冒着泡的岩石球。
如果这颗行星没有大气层，科学家们可能很快就能准确地确定它的表面是什么类型的岩石，甚至是什么样的地质过程塑造了它的景观，比如这颗行星的地壳在过去是否经历过岩浆海洋、火山活动和板块构造。
“SPECULOOS-3b是我们可以考虑的第一颗行星，它可以限制太阳系外行星的表面特性，”该研究的合著者、麻省理工学院行星科学副教授朱利安·德·威特说。“有了这个世界，我们基本上可以开始研究系外行星地质学。这有多酷啊?”
这项研究的共同作者包括麻省理工学院的研究科学家本杰明·拉克姆和阿尔特姆·布尔丹诺夫，以及第一作者、法国里昂热大学的米歇尔·吉隆和来自世界各地合作机构和天文台的同事。
SPECULOOS-3b是附近一颗地球大小的行星，可能没有大气层。它是使用望远镜网络发现的，作为SPECULOOS(搜索行星蚀超冷恒星)项目的一部分。图为麻省理工学院的阿尔忒弥斯望远镜，它是SPECULOOS网络的一部分。来源:D. Padrón
排队
天文学家在2021年观测到了这颗新行星的第一个迹象，通过SPECULOOS进行了观测。SPECULOOS是一个由6个1米长的机器人望远镜组成的网络(南半球有4个，北半球有2个)，它不断地观察天空，寻找围绕超冷矮星运行的行星的迹象。SPECULOOS是TRAPPIST(凌日行星和行星小望远镜-南方)调查的母项目，TRAPPIST在一颗名为TRAPPIST-1的小冷恒星周围发现了七颗类地行星，其中几颗可能适合居住。
SPECULOOS的目标是观察大约1600颗附近的超冷矮星。由于这些恒星很小，任何在它们前面绕轨道运行和交叉的行星都应该暂时阻挡它们的光线，与围绕更大、更亮的恒星运行的行星相比，阻挡的幅度更明显。因此，超冷矮星可以让天文学家更好地观察它们所拥有的任何行星。
2021年，SPECULOOS网络中的一架望远镜在55光年外的一颗超冷矮星前发现了一些不确定的凌日迹象。然后在2022年，麻省理工学院阿尔忒弥斯望远镜的密切监测改变了游戏规则。
“虽然2021年的数据中有一些结构看起来不太令人信服，但2022年阿尔忒弥斯的数据确实引起了我们的注意，”麻省理工学院的阿尔特姆·布尔丹诺夫回忆说，他管理着SPECULOOS北方天文台。“我们开始分析阿尔忒弥斯数据中一个清晰的类似凌日的信号，很快决定围绕这颗恒星发起一场运动，然后事情就开始排队了。”
2021年，SPECULOOS网络中的一架望远镜在55光年外的一颗超冷矮星前发现了一些不确定的凌日迹象。然后在2022年，麻省理工学院阿尔忒弥斯望远镜的密切监测改变了游戏规则，如图所示。来源:D. Padrón
像月亮一样黑暗
该团队利用麻省理工学院的阿尔忒弥斯望远镜、SPECULOOS网络的其余部分以及其他几个天文台对这颗恒星进行了聚焦。多管齐下的观察证实，这颗恒星确实有一颗行星，它似乎每17小时绕轨道运行一次。根据它每次穿越时阻挡的光线量，科学家们估计这颗行星的大小与地球差不多。
然后，他们能够根据麻省理工学院的本杰明·拉克姆对恒星光线的分析来估计恒星和行星的某些特性。拉克姆领导了一项运动，利用智利的麦哲伦望远镜和夏威夷的美国宇航局红外望远镜设施(IRTF)分析来自附近超冷矮星的光线。
拉克姆说:“从我们的光谱和其他观测结果来看，我们可以说这颗恒星的温度约为2800开尔文，它大约有70亿年的历史——既不太年轻，也不太老——它是适度活跃的，这意味着它会发出很多的耀斑。”“我们认为这颗行星一定不再有大气层了，因为它很容易被主星的活动所侵蚀，而主星基本上是不断燃烧的。”
那么，如果没有大气层，人们从行星表面向上看会看到什么呢?
拉克姆说:“如果没有大气层，就不会有蓝天或云——就会像月球表面一样黑暗。”“而‘太阳’将是一颗巨大的、紫红色的、有斑点的、耀眼的恒星，它看起来大约是我们在天空中看到的太阳的18倍。”
由于这颗行星没有大气层，距离也相对较近，研究小组表示，SPECULOOS-3b是美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)后续研究的理想候选者，该望远镜足够强大，可以解析恒星的光线，并辨别出恒星和行星的更多细节。通过JWST的观测，研究小组希望能够确定行星表面的细节，这将是系外行星研究领域的第一次。
“我们认为这颗行星几乎和金星一样热，所以不适合居住，”拉克姆说。“它不够热，无法形成熔岩表面。应该是坚硬的岩石。但根据岩石的亮度，它可能是最近由于板块构造或火山活动而重新出现的，或者它可能是一颗被太空风化侵蚀的行星，表面颜色要深得多。展望未来，我们应该能够区分地球表面的一些有趣场景。”
有关这一发现的更多信息:
阿斯特罗
天文学家发现55光年外地球大小的系外行星
参考:“探测到一颗地球大小的系外行星绕着附近的超低矮星SPECULOOS-3运行”作者:Micha?l Gillon, Peter P. Pedersen, Benjamin V. Rackham, Georgina Dransfield, Elsa Ducrot, Khalid Barkaoui, Artem Y. Burdanov, Urs Schroffenegger, Yilen Gómez Maqueo Chew, Susan M. Lederer, Roi Alonso, Adam J. Burgasser, Steve B. Howell, Norio Narita, Julien de Wit, Brice-Olivier Demory, Didier Queloz, Amaury h.m.j. Triaud, Laetitia Delrez, Emmanu?l Jehin, Matthew J. Hooton, Lionel J. Garcia，Clàudia Jano Mu?oz, Catriona A. Murray, Francisco J. Pozuelos, Daniel Sebastian, Mathilde Timmermans, Samantha J. Thompson, Sebastián Zú?iga-Fernández, Jesús Aceituno, Christian Aganze, Pedro J. Amado, Thomas Baycroft, Zouhair benkhaldon, David Berardo, Emeline Bolmont, Catherine A. Clark, Yasmin T. Davis, Fatemeh Davoudi, Zo? L. de Beurs, Jerome P. de Leon, Masahiro Ikoma, Kai Ikuta, Keisuke Isogai, Izuru Fukuda, Akihiko Fukui, Roman Gerasimov, Mourad Ghachoui, Maximilian N. g
nther，Samantha Hasler, Yuya Hayashi, Kevin Heng, Renyu Hu, Taiki Kagetani, Yugo Kawai, Kiyoe Kawauchi, Daniel Kitzmann, Daniel D. B. Koll, Monika Lendl, John H. Livingston, Xintong Lyu, Erik A. Meier vald
， Mayuko Mori, James J. McCormac, Felipe Murgas, Prajwal Niraula, Enric pall
， Ilse plauchuu - frayn, Rafael Rebolo, Laurence Sabin, Yannick Schackey, Nicole Schanche, Franck Selsis, Alfredo Sota, Manu Stalport, Matthew R. Standing, Keivan G. Stassun, Motohide Tamura, Yuka Terada，Christopher A. Theissen, Martin Turbet, valsamrie Van Grootel, Roberto Varas, Noriharu Watanabe和Francis Zong Lang, 2024年5月15日，《自然天文学》。DOI: 10.1038 / s41550 - 024 - 02271 - 2
这项研究得到了欧洲研究委员会、西蒙斯基金会和海辛-西蒙斯基金会的部分支持。
