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TRAPPIST-1b

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TRAPPIST-1b
比較地球和TRAPPIST-1b
發現[1]
發現者Michaël Gillon et al.
發現地TRAPPIST
發現日期2016年5月2日
凌星法
軌道參數[3]
半長軸0.01154 ± 0.00010 AU（1,726,000 ± 15,000 km）
離心率0.00622+0.00304
−[2]
軌道週期1.510826 ± 0.000006 d（36.25982 ± 0.00014 h）
軌道傾角89.728°±0.165°
近astron參數336.86°±34.24°[2]
物理特徵
平均半徑1.116+0.014
−0.012 R⊕
質量1.374±0.069 M⊕
平均密度5.425+0.265
−0.272 g/cm3
表面重力1.102±0.052 g
10.80±0.51 m/s2
溫度397.6±3.8 K (124.5 °C；256.0 °F, equilibrium)[4]
503+26
−27 K (230 °C；446 °F, surface)[5]
大氣特徵
成分沒有，或者非常稀薄[5][6]

TRAPPIST-1b是一顆主要由岩石組成的系外行星，圍繞超冷矮星TRAPPIST-1運行，距離地球40.7光年(12.5秒差距) ，位於寶瓶座。這顆行星是利用凌日方法探測到的，當行星從主恆星前面經過時，它會使主恆星的光線變暗。它的發現最初於2016年5月2日公佈[1] ，後來的研究能夠改進它的物理參數。

這顆行星的質量約為地球的137% ，體積比地球大約39% ，因此它的密度與地球非常相似。它是圍繞 TRAPPIST-1運行的七顆行星中最內側的一顆，所有這些行星都是類地行星，但是由於太靠近它的恆星而不在宜居帶。占士·韋伯太空望遠鏡在2023年宣佈的觀測結果表明，它沒有任何顯著的大氣層[5][6]。它的反照率很低，使它的顏色很深[7]。

物理特徵

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質量、體積與溫度

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TRAPPIST-1b在質量、半徑和重力方面與地球非常相似。它的半徑為1.116 R⊕，質量為1.374 M⊕，大約是地球表面重力的110%。對這顆行星密度的初步估計表明，它並非完全由岩石構成；密度為3.98 g/cm3，其質量的大約5%必定是揮發性的，很可能是類似金星的厚大氣層，因為它接收的能量幾乎是地球的四倍[2]。然而，精確的密度估計表明，這顆行星的密度僅略低於地球[3]。

假設存在大氣，這顆行星表面溫度最初估計在750 K（477 °C；890 °F）和1,500 K（1,230 °C；2,240 °F）之間，可能高達2,000 K（1,730 °C；3,140 °F）。這個溫度比金星表面要高得多，可能高到足以使金星表面成為熔岩[2]。2023年，占士·韋伯太空望遠鏡對 TRAPPIST-1b 的二次日食進行了觀測，結果表明該行星沒有明顯的大氣層，其表面溫度約為503 K（230 °C；446 °F）[5]，反照率較低[7]。由於類似於木星衛星木衛一的潮汐擠壓，這顆行星可能在地質上非常活躍，因為其與木衛一的軌道週期和偏心率恰好相似。

軌道

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TRAPPIST-1b的軌道非常接近其母星。繞行一圈只需要36小時，大約1.51個地球日。它距離其恆星約0.0115 AU（1.72 × 106 km；1.07 × 106 mi） ，只有地球和太陽距離的1.2%[2]。靠近主恆星意味着 TRAPPIST-1b很可能被潮汐鎖定。它還有一個非常圓的軌道，偏心率為0.00622，比地球軌道的偏心率為0.0167086要圓得多。

主恆星

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TRAPPIST-1b 繞超冷紅矮星 TRAPPIST-1運行。它的質量為0.089M☉，半徑只有0.121R☉，表面溫度為2,511 K（2,238 °C；4,060 °F），年齡在30億到80億年之間。相比之下，太陽的表面溫度為5,778 K（5,505 °C；9,941 °F），大約有45億年的歷史。TRAPPIST-1也非常暗，亮度約為太陽的0.0005倍。光線太暗，肉眼不可見，視星等為18.80。

大氣

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藝術家對TRAPPIST-1b的想像(2023年3月)

TRAPPIST-1b 和 c 的聯合透射光譜排除了這兩顆行星的無雲氫主導大氣層的存在可能性，因此它們不太可能包含擴展的氣體包絡。此外，沒有發現 TRAPPIST-1b 的氦排放[8]。在 JWST 觀測之前，其他大氣層，從無雲的水蒸氣大氣層到類似金星的大氣層，仍然與無特徵光譜保持一致[9]。

2018年，史匹哲太空望遠鏡對該行星的大氣層進行了更好的檢測，結果顯示該行星的大氣層非常大，而且非常熱，儘管無法證實是否存在大氣層。這顆行星的透射光譜和精確的密度估計表明大氣層有兩種主要的可能性: 一種富含二氧化碳，一種富含水蒸氣。更有可能的是，二氧化碳大氣層的比例高度約為52公里（地球為8公里，金星為15.9公里 ），平均溫度超過1,400 K（1,130 °C；2,060 °F），遠高於地球的行星平衡溫度397.6 K（124.5 °C；256.0 °F）。水蒸氣大氣的高度必須大於100公里 ，溫度必須大於1,800 K（1,530 °C；2,780 °F），才能產生行星凌日深度及其透射光譜的變化，而且容易受到二氧化碳不存在的光解的影響。其他可見影響的來源，如薄霧和厚雲，將需要一個更大的大氣層。TRAPPIST-1b 將需要進一步研究，以確定其潛在的大氣層[10][2]。

2023年3月，占士·韋伯太空望遠鏡對TRAPPIST-1b的次日食進行了觀測，結果表明該行星沒有任何顯著的大氣層。[5][6]含有表面壓力大於0.1巴的二氧化碳的大氣在3σ下可以排除，而在1σ下壓力大於0.01巴的大氣可以排除[7]。2023年9月報道的吸收光譜學對系外行星的進一步研究也證實了沒有富含氫的大氣，但是由於恆星污染，僅僅根據透射光譜數據無法確定是否存在其他類型的大氣。這並不影響以前基於發射光譜的結果[11][12]。

圖集

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  • Artist's view of planets transiting red dwarf star in TRAPPIST-1 system[13]
    Artist's view of planets transiting red dwarf star in TRAPPIST-1 system[13]
  • The Sun and the ultracool dwarf star TRAPPIST-1 to scale. The faint star has only 11% of the diameter of the Sun and is much redder in colour.
    The Sun and the ultracool dwarf star TRAPPIST-1 to scale. The faint star has only 11% of the diameter of the Sun and is much redder in colour.
  • Artist's impression of three of the planets (b, c, and d) orbiting TRAPPIST-1
    Artist's impression of three of the planets (b, c, and d) orbiting TRAPPIST-1
  • 藝術家的印象視頻，附近的三個行星軌道TRAPPIST-1。其中一顆內行星正在穿過其微小而暗淡的母恆星的圓盤。

參考資料

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  1. ^ 1.0 1.1 Gillon, Michaël; Jehin, Emmanuël; Lederer, Susan M.; Delrez, Laetitia; et al. Temperate Earth-sized planets transiting a nearby ultracool dwarf star. Nature. May 2016, 533 (7602): 221–224. Bibcode:2016Natur.533..221G. ISSN 1476-4687. PMC 5321506 可免費查閱. PMID 27135924. arXiv:1605.07211 可免費查閱. doi:10.1038/nature17448 （英語）. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Grimm, Simon L.; Demory, Brice-Olivier; Gillon, Michael; Dorn, Caroline; Agol, Eric; Burdanov, Artem; Delrez, Laetitia; Sestovic, Marko; Triaud, Amaury H.M.J.; Turbet, Martin; Bolmont, Emeline; Caldas, Anthony; de Wit, Julien; Jehin, Emmanuel; Leconte, Jeremy; Raymond, Sean N.; Van Grootel, Valerie; Burgasser, Adam J.; Carey, Sean; Fabrycky, Daniel; Heng, Kevin; Hernandez, David M.; Ingalls, James G.; Lederer, Susan; Selsis, Franck; Queloz, Didier. The nature of the TRAPPIST-1 exoplanets. Astronomy & Astrophysics. 2018, 613: A68. Bibcode:2018A&A...613A..68G. S2CID 3441829. arXiv:1802.01377 可免費查閱. doi:10.1051/0004-6361/201732233. 
  3. ^ 3.0 3.1 Agol, Eric; Dorn, Caroline; Grimm, Simon L.; Turbet, Martin; et al. Refining the Transit-timing and Photometric Analysis of TRAPPIST-1: Masses, Radii, Densities, Dynamics, and Ephemerides. The Planetary Science Journal. 1 February 2021, 2 (1): 1. Bibcode:2021PSJ.....2....1A. S2CID 222125312. arXiv:2010.01074 可免費查閱. doi:10.3847/psj/abd022 可免費查閱 （英語）. 
  4. ^ Ducrot, E.; Gillon, M.; Delrez, L.; Agol, E.; et al. TRAPPIST-1: Global results of the Spitzer Exploration Science Program Red Worlds. Astronomy & Astrophysics. 1 August 2020, 640: A112. Bibcode:2020A&A...640A.112D. ISSN 0004-6361. S2CID 220041987. arXiv:2006.13826 可免費查閱. doi:10.1051/0004-6361/201937392 （英語）. 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 Greene, Thomas P.; Bell, Taylor J.; Ducrot, Elsa; Dyrek, Achrène; Lagage, Pierre-Olivier; Fortney, Jonathan J. Thermal Emission from the Earth-sized Exoplanet TRAPPIST-1 b using JWST. Nature. March 2023, 618 (7963): 39–42. Bibcode:2023Natur.618...39G. PMID 36972683. S2CID 257767242. arXiv:2303.14849 可免費查閱. doi:10.1038/s41586-023-05951-7. 
  6. ^ 6.0 6.1 6.2 NASA's Webb Measures the Temperature of a Rocky Exoplanet. webbtelescope.org. STScI. 27 March 2023 [27 March 2023]. 
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 Ih, Jegug; Kempton, Eliza M.-R.; Whittaker, Emily A.; Lessard, Madeline. Constraining the Thickness of the Atmosphere of TRAPPIST-1 b from its JWST Secondary Eclipse Observation. The Astrophysical Journal Letters. May 2023, 952 (1): L4. Bibcode:2023ApJ...952L...4I. arXiv:2305.10414 可免費查閱. doi:10.3847/2041-8213/ace03b 可免費查閱. 
  8. ^ Krishnamurthy, Vigneshwaran; et al, Nondetection of Helium in the Upper Atmospheres of TRAPPIST-1b, e, and F, The Astronomical Journal, 2021, 162 (3): 82, Bibcode:2021AJ....162...82K, arXiv:2106.11444 可免費查閱, doi:10.3847/1538-3881/ac0d57 可免費查閱 
  9. ^ de Wit, Julien; et al. A combined transmission spectrum of the Earth-sized exoplanets TRAPPIST-1 b and c. Nature. 2016, 537 (7618): 69–72. Bibcode:2016Natur.537...69D. PMID 27437572. S2CID 205249853. arXiv:1606.01103 可免費查閱. doi:10.1038/nature18641. 
  10. ^ Delrez, Laetitia; Gillon, Michael; H.M.J, Amaury; Brice-Oliver Demory, Triaud; de Wit, Julien; Ingalls, James; Agol, Eric; Bolmont, Emeline; Burdanov, Artem; Burgasser, Adam J.; Carey, Sean J.; Jehin, Emmanuel; Leconte, Jeremy; Lederer, Susan; Queloz, Didier; Selsis, Franck; Grootel, Valerie Van. Early 2017 observations of TRAPPIST-1 with Spitzer. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2018, 475 (3): 3577–3597. Bibcode:2018MNRAS.475.3577D. arXiv:1801.02554 可免費查閱. doi:10.1093/mnras/sty051 可免費查閱. 
  11. ^ Sherburne, Morgan. James Webb Space Telescope's first spectrum of a TRAPPIST-1 planet. Phys.org. 25 September 2023 [29 September 2023]. （原始內容存檔於29 September 2023）. 
  12. ^ Lim, Olivia; et al. Atmospheric Reconnaissance of TRAPPIST-1 b with JWST/NIRISS: Evidence for Strong Stellar Contamination in the Transmission Spectra. The Astrophysical Journal Letters. 22 September 2023, 95 (1): L22. Bibcode:2023ApJ...955L..22L. arXiv:2309.07047 可免費查閱. doi:10.3847/2041-8213/acf7c4 可免費查閱. 
  13. ^ Artist's view of planets transiting red dwarf star in TRAPPIST-1 system. www.spacetelescope.org. [21 July 2016]. 
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