这7颗与地球大小相仿的TRAPPIST-1行星有着非常相似的密度

七个岩石行星的特拉普主义者1

测量一颗行星的质量和直径可以揭示其密度,这可以给科学家提供有关其组成的线索。科学家们现在知道了TRAPPIST-1七颗行星的密度,比宇宙中除我们太阳系以外的任何行星都要精确。来源:美国国家航空航天局/姓名

精确的测量显示,这些系外行星的密度非常相似,这为了解它们的组成提供了线索。

Red Dwarf Star Pist-1是最大的大型地球大小行星中最大的大型地球大小行星的所在地。这七个岩石兄弟姐妹距离酒店距离约为40岁,提供了可能填补宇宙的巨大行星系统的一个例子。

一项新研究于2021年1月22日发表在《华盛顿邮报》上行星科学杂志表明TRAPPIST-1行星的密度非常相似。这可能意味着它们都含有与大多数岩态行星相同比例的物质,如铁、氧、镁和硅。但如果是这样的话,这个比例一定与地球的明显不同:TRAPPIST-1行星的密度比与我们的地球构成相同的行星密度要低8%左右。基于这一结论,论文作者假设了几种不同成分的混合可以给TRAPPIST-1行星提供测量到的密度。

其中一些行星是2016年科学家宣布他们发现的,自那时起就已经知道了三个行星利用智利的凌日行星和星子小型望远镜(TRAPPIST)环绕TRAPPIST-1恒星。随后的观察美国国家航空航天局现在退役的Spitzer Space Telescope与地面望远镜合作,确认了两颗原来的行星,并发现了五个。Spitzer在南加州南部的NASA的喷气式推进实验室管理,在存在之前观察到该系统超过1000小时2020年1月退役。美国宇航局的哈勃和现已退役的开普勒太空望远镜也对这个系统进行了研究。

All seven TRAPPIST-1 planets, which are so close to their star that they would fit within the orbit of Mercury, were found via the transit method: Scientists can’t see the planets directly (they’re too small and faint relative to the star), so they look for dips in the star’s brightness created when the planets cross in front of it.

天文学家通过反复观察星光的暗沉以及测量行星运行轨道的时间,可以估算出行星的质量和直径,进而计算出它们的密度。之前的计算确定行星大致是地球的尺寸和质量,因此也必须是岩石或陆地 - 而不是气体主导,就像木星土星。新论文提供了最精确的密度测量,尚未为我们的太阳系之外的任何一组行星组成。

铁的统治

科学家对一颗行星的密度了解得越精确,他们对其组成的限制就越大。考虑到纸镇可能和棒球一样大,但通常要重得多。总的来说,宽度和重量揭示了每个物体的密度,由此可以推断棒球是由更轻的东西(绳子和皮革)制成的,而镇纸是由更重的东西(通常是玻璃或金属)制成的。

我们太阳系中的八颗行星的密度差别很大。膨胀的、以气体为主的巨行星——木星、土星、天王星,海王星- 比四个陆地世界更大但要少得多,因为它们主要由氢气和氦气等较轻的元素组成。即使是四个陆地世界也在密度下表现出一些品种,这是由于行星本身的重力而通过行星的组成和压缩来决定。通过减去重力的效果,科学家可以计算出名的是星球的未压缩密度,并且可能更多地了解行星的组成。

TRAPPIST-1太阳系比较

一颗行星的密度不仅取决于它的大小,也取决于它的组成:重力压缩了行星的组成物质,增加了行星的密度。未压缩的密度可以根据重力的影响进行调整,并可以揭示不同行星的组成比较情况。来源:美国国家航空航天局/姓名

这7颗TRAPPIST-1行星拥有相似的密度——数值相差不超过3%。这使得这个体系与我们的体系截然不同。TRAPPIST-1行星和地球之间的密度差金星可能看起来很小——大约8%——但在行星尺度上却意义重大。例如,研究表明,TRAPPIST-1行星密度较低的原因之一是它们的成分与地球相似,但铁的含量较低——约为21%,而地球为32%。

或者,捕捉器-1行星中的铁可能注入高水平的氧气,形成氧化铁或锈蚀。额外的氧气会降低行星密度。表面的表面火星它的红色是由于氧化铁,但像它的三个陆地兄弟姐妹一样,它的核心是由未氧化的铁组成的。相比之下,如果TRAPPIST-1行星的低密度完全是由氧化的铁造成的,那么这些行星将会完全生锈,并且不会有固态的铁核。

埃里克·阿戈尔,天体物理学家华盛顿大学这项新研究的主要作者说,答案可能是两种情况的结合——整体铁含量减少和一些氧化铁。

该团队还研究了每颗行星的表面是否可能覆盖着水,水甚至比铁锈还轻,会改变这颗行星的整体密度。如果是这样的话,水的质量将占外四颗行星总质量的5%左右。相比之下,水只占地球总质量的不到1%。

因为这三颗TRAPPIST-1行星距离恒星太近,在大多数情况下水都不能保持液态,所以这三颗内部行星需要像金星那样高温、稠密的大气层,这样水才能以蒸汽的形式留在行星上。但阿戈尔说,这种解释似乎不太可能,因为所有七颗行星都有足够的水,从而拥有如此相似的密度,这将是一个巧合。

TRAPPIST-1太阳系外行星内部

TRAPPIST-1系外行星的三种可能的内部结构。这七颗行星的密度非常相似,所以它们的组成很可能也相似。来源:美国国家航空航天局/姓名

“夜空中到处都是行星,直到最近30年,我们才开始揭开它们的神秘面纱,”苏黎世大学的天体物理学家、论文的合著者卡罗琳·多恩(Caroline Dorn)说。“TRAPPIST-1星系很吸引人,因为围绕着这颗恒星,我们可以了解到在一个单一系统中岩态行星的多样性。我们也可以通过研究它的邻居来了解更多行星,所以这个系统非常适合。”

参考文献:“改善了Trappist-1的传输 - 时序和光度分析:群众,半径,密度,动力学和麻醉剂”通过Eric Agol,Caroline Dorn,Simon L. Grimm,Martin Turbet,Elsa Ducrot,Laetitia delrez,MichaëlGillon,Brice-Olivier Semory,Artem Burdanov,Zouhair Benkhaldoun,Emeline Bolmont,Adam Burgasser,Sean Carey,Julien De Wit,Daniel Fafrycky,Daniel Foreman-Mackey,Jonas Haldemann,David M. Hernandez,James Ingalls,Emmanuel jehin,Zachary Langford, Jérémy Leconte, Susan M. Lederer, Rodrigo Luger, Renu Malhotra, Victoria S. Meadows, Brett M. Morris, Francisco J. Pozuelos, Didier Queloz, Sean N. Raymond, Franck Selsis, Marko Sestovic, Amaury H. M. J. Triaud and Valerie Van Grootel, 22 January 2021,行星科学杂志
DOI:10.3847 / PSJ / ABD022

喷气推进实验室斯皮策是位于加州帕萨迪纳市的加州理工学院的一个分部,为位于华盛顿的NASA科学任务理事会管理斯皮策任务。科学操作在加州理工学院IPAC的斯皮策科学中心进行。斯皮策的整个科学目录可以通过位于IPAC红外科学档案馆的斯皮策数据档案馆获得。宇宙飞船的运作基地设在科罗拉多州利特尔顿的洛克希德马丁太空公司。

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