在系外行星研究領(lǐng)域中,有一個公認的核心困境:
我們已經(jīng)確認了約6200顆系外行星,但真正適合做大氣精細研究的鄰近溫和巖質(zhì)行星,卻沒有幾個,尤其是銀河系中數(shù)量最多的紅矮星,雖是尋找?guī)r質(zhì)行星的最佳目標。
但那些紅矮星大多活躍度極高,耀斑、黑子活動會徹底掩蓋行星的大氣信號,這讓我們的觀測很難進行。
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而2026年2月發(fā)表于預(yù)印平臺的研究,一個國際天文學家團隊發(fā)現(xiàn)了一個近乎完美的樣本:TOI-1080 b。
這是圍繞一顆極其安靜的紅矮星運行的巖質(zhì)行星,未來極有可能成為韋伯空間望遠鏡的重點觀測目標。
這顆行星的宿主星TOI-1080,距離我們約83光年,是一顆光譜型為M4V的中型紅矮星。
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它的體型和能量遠小于太陽,半徑僅為太陽的1/5,質(zhì)量不到太陽的1/6,表面有效溫度只有3065開爾文,比太陽低了近2500度。
最珍貴的特質(zhì)是它的極度穩(wěn)定,根據(jù)光譜和測光數(shù)據(jù),這顆恒星的年齡至少有50-70億年,比太陽的年齡還要長,它的表面幾乎沒有可探測的耀斑和黑子活動,光度波動極小,這完美避開了紅矮星最讓天文學家頭疼的活動污染問題,為后續(xù)行星大氣觀測掃清了最大障礙。
其實在很早之前,NASA的凌日系外行星巡天衛(wèi)星苔絲,就已經(jīng)在這顆恒星的測光數(shù)據(jù)中捕捉到了這顆行星的信號,每隔3.97天,恒星的亮度就會出現(xiàn)一次小幅下降,這正是行星凌日的典型特征(當行星從恒星與地球之間穿過時,會擋住一小部分星光)。
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但要確認這個信號來自一顆真正的行星,而非背景食雙星、伴星干擾、塵埃等的虛假信號,團隊花費了數(shù)年時間,動用了全球多地的頂尖觀測設(shè)備,從智利帕瑞納天文臺的SPECULOOS望遠鏡陣列、拉西拉天文臺的TRAPPIST-South與ExTrA望遠鏡,到拉斯昆布瑞天文臺的全球望遠鏡網(wǎng)絡(luò),再到麥哲倫6.5米望遠鏡的高分辨率光譜觀測等等,在徹底排除了所有干擾可能后,最終通過嚴格的統(tǒng)計驗證,從而證實了這顆行星的真實性。
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TOI-1080 b是一顆標準的類地巖質(zhì)行星,半徑為地球的1.20倍,剛好落在學界公認的巖質(zhì)行星閾值以內(nèi),大概率擁有和地球類似的硅酸鹽巖石內(nèi)核與結(jié)構(gòu)。
它的公轉(zhuǎn)周期僅有3.97天,也就是說,在這顆行星上,一整年的時長還不到地球上的一個星期。
盡管它到宿主星的距離僅有0.027天文單位,還不到水星到太陽距離的7%,但得益于宿主星的低溫,它的平衡溫度僅為368開爾文(約95攝氏度),也算是一個溫和的環(huán)境(當然這是和已發(fā)現(xiàn)的其它行星比較)。
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目前,團隊通過歐洲南方天文臺高精度近紅外光譜儀的觀測,給出了這顆行星質(zhì)量的上限,不超過10.7倍地球質(zhì)量。
而根據(jù)巖質(zhì)行星的質(zhì)徑關(guān)系估算,它的真實質(zhì)量大概率在1.75倍地球質(zhì)量左右,未來通過甚大望遠鏡光譜儀,天文學家僅需數(shù)十小時的觀測,就能完成對它質(zhì)量的精確測量。
這次研究更讓學界興奮的是它極高的大氣觀測潛力。
計算顯示,TOI-1080 b的透射光譜度量,比已經(jīng)被韋伯望遠鏡選中的TOI-700 b/d/e、LP 890-9系統(tǒng)行星還要高,就連專門為巖質(zhì)行星大氣觀測設(shè)立的韋伯和哈勃巖質(zhì)世界項目,它的優(yōu)先級分數(shù)也超過了項目中9個目標里的4個。
雖然它位于宿主星宜居帶的內(nèi)側(cè),它大概率會經(jīng)歷失控溫室效應(yīng),難以留存表面液態(tài)水,但也正因如此,它可能擁有一層厚厚的由水光解產(chǎn)生的富氧大氣,或是以二氧化碳為主的大氣,剛好可以用來驗證我們對巖質(zhì)行星大氣演化的理論模型。
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團隊也對整個行星系統(tǒng)做了全面排查,通過注入恢復(fù)測試,排除了軌道周期7.7天以內(nèi)、半徑大于0.9倍地球的其他凌日行星,也排除了周期19天以內(nèi)、半徑大于1.4倍地球的行星。
至于更長周期,可能位于宜居帶內(nèi)的行星,還需要后續(xù)的長期監(jiān)測才能確認或排除。
在當下,韋伯對紅矮星周圍巖質(zhì)行星的大氣觀測,大多只得到了無特征的平坦光譜,尚未有明確的大氣探測結(jié)果。
而TOI-1080 b的出現(xiàn),則為我們提供了一個全新的、低干擾優(yōu)質(zhì)樣本,未來的后續(xù)觀測,很可能會幫我們揭開巖質(zhì)系外行星大氣的神秘面紗,為我們理解類地行星的演化補上關(guān)鍵的拼圖。
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