在第一篇幅的最後，我們回到最初的問題：trappist1e是“第二個地球”嗎？
答案是：我們還不知道，但它是目前最有可能的候選。它有岩石表麵，有合適的溫度，有液態水的可能，還有大氣層的潛力。但所有的“可能”，都需要下一代望遠鏡的驗證——jst會告訴我們它的大氣層成分，未來的地基望遠鏡比如歐洲極大望遠鏡et）會告訴我們它的表麵細節。
有人說，trappist1e是“宇宙給人類的一份禮物”——它讓我們第一次如此清晰地看到，“地球”不是宇宙中的唯一。也有人說，它是一麵“鏡子”——讓我們反思：我們在宇宙中並不孤單，也不特殊。
下一篇文章，我們將深入trappist1e的“大氣層之謎”：jst會檢測到什麼？它有沒有氧氣？有沒有液態水？最終，我們將回答：trappist1e，到底有沒有生命？
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注：本文核心數據參考自trappist團隊2017年發表在《自然》雜誌的論文gioneta.2017）、nasatrappist1係統官方資料，以及《係外行星宜居性研究》kastingeta.2014）中的氣候模型。部分術語解釋來自《天體物理學入門》carro&ostie2007）。
trappist1e：宇宙中最像地球的“鄰居”第二篇）
引言：從“猜想”到“實證”——jst開啟的“宜居性驗證時代”
在第一篇中，我們勾勒了trappist1e的“理想畫像”：和地球大小相近的岩石行星，躺在紅矮星的宜居帶中心，接收著和地球差不多的恒星能量。但所有的“理想”，都需要科學實證來落地——當我們用哈勃望遠鏡盯著trappist1e看了幾年後，隻能得出“它可能有大氣層”的模糊結論；直到詹姆斯·韋伯空間望遠鏡jst）上線，人類才終於拿到了“拆解”這顆行星的“鑰匙”。
2023年9月，jst團隊發布了trappist1係統的第一批詳細光譜數據。儘管沒有直接宣布“發現生命”，但這些數據卻像一把“手術刀”，剖開了trappist1e的大氣層謎團、液態水命運，甚至生命存在的可能性。這一篇，我們將深入jst的觀測結果，直麵trappist1e的“生存真相”，並回答那個最緊迫的問題：它到底有沒有資格成為“第二個地球”？
一、大氣層之謎：jst的“光譜指紋”能告訴我們什麼？
大氣層是行星的“生命保護罩”，也是判斷宜居性的核心指標。對於trappist1e來說，關鍵問題是：它有沒有大氣層？如果有，成分是什麼？
1.1淩日光譜學：從“亮度下降”到“大氣指紋”
要探測係外行星的大氣層，最有效的工具是淩日光譜學transitspectrospy）——當行星從恒星前麵經過時，恒星的光會穿過行星的大氣層，不同氣體分子會吸收特定波長的光，形成獨特的“吸收譜線”。就像人類的指紋，每種氣體都有專屬的“光譜簽名”。
哈勃望遠鏡曾對trappist1e做過初步觀測，但受限於波長範圍僅能覆蓋紫外到近紅外），它隻能排除“濃厚的氫大氣層”比如類似木星的氣態巨行星）——因為如果有氫大氣層，哈勃會檢測到明顯的紫外吸收線，但實際沒有。
jst的優勢在於紅外覆蓋範圍更廣0.628微米），能探測到更多氣體分子的吸收線，比如水蒸氣h?o）、二氧化碳?）、氧氣o?）、甲烷ch?），甚至臭氧o?）。2023年的觀測中，jst的nirspec近紅外光譜儀）和iri中紅外儀器）分彆對trappist1e的淩日事件進行了監測，結果令人振奮：
1.1.1沒有“氫氦大氣層”：排除了“氣態行星”的可能
jst的數據明確顯示，trappist1e的大氣層中沒有濃厚的氫h?）或氦he）——這兩種氣體是氣態巨行星的主要成分。這意味著，trappist1e確實是岩石行星，和地球、金星屬於同一類。
1.1.2水蒸氣的“蛛絲馬跡”：可能存在稀薄大氣層
在紅外波段，jst檢測到了微弱的水蒸氣吸收線——雖然信號很淡，但足以證明trappist1e有大氣層，且其中包含水蒸氣。更關鍵的是，這些吸收線的強度表明，大氣層的壓力約為地球的0.11倍即相當於地球高山頂部或火星的大氣壓力）。
1.1.3二氧化碳的“驚喜”：可能來自火山活動iri的觀測中，還發現了二氧化碳?）的吸收線。?是重要的溫室氣體，能幫助行星保留熱量。對於trappist1e來說，?的存在有兩種可能：一是行星形成時從星雲中繼承的原始氣體；二是火山活動釋放的——就像地球的火山噴發會釋放?，維持大氣層。
1.2大氣層的“命運”：恒星風與磁場的博弈
儘管jst證明了trappist1e有大氣層，但它能否長期保留，仍是未知數——紅矮星的恒星風和日冕物質拋射e）會不斷剝離行星的大氣。
trappist1的恒星風強度是太陽的23倍，但因為行星離恒星近，行星的磁場可能成為“保護盾”。作為岩石行星，trappist1e很可能有一個液態鐵核——隻要核心在轉動即行星有“發電機效應”），就能產生磁場。
天文學家通過地磁發電機模型計算發現：如果trappist1e的鐵核半徑是地球的0.8倍符合其質量0.69倍地球的參數），那麼它的磁場強度約為地球的0.51倍——足以偏轉大部分恒星風，保護大氣層不被快速剝離。
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但這也意味著，trappist1e的大氣層可能比地球更稀薄——因為恒星風的剝離作用一直存在，大氣會慢慢“泄漏”到太空。不過，隻要火山活動持續釋放?等氣體，大氣層就能維持動態平衡，就像地球的碳循環一樣。
二、液態水的“生存遊戲”：潮汐鎖定與大氣層的“熱量傳輸戰”
即使有大氣層，trappist1e的液態水仍麵臨“潮汐鎖定”的威脅——一麵永遠白天，一麵永遠黑夜。但jst的觀測和氣候模型顯示，大氣層可能是解決這個問題的關鍵。
2.1潮汐鎖定的“極端場景”：如果沒有大氣層……
如果沒有大氣層，trappist1e的“白天”半球會被恒星持續照射，表麵溫度高達200c以上，水會蒸發成氣體；“黑夜”半球則永遠黑暗，溫度降到200c以下，任何氣體都會凍結成冰。這種情況下，液態水根本無法存在——行星會變成“一半煉獄，一半冰窖”。
2.2大氣層的“救贖”：熱量從白天傳到黑夜
但如果有大氣層即使是稀薄的），情況就會完全不同。大氣層中的氣體比如?、h?o）會吸收恒星的可見光和紅外輻射，然後將熱量通過對流和風傳輸到“黑夜”半球。
jst的氣候模型模擬顯示：如果trappist1e的大氣層壓力是地球的0.5倍，且有適量的水蒸氣，那麼全球平均溫度會保持在25c左右——和地球的當前溫度幾乎一致。更神奇的是，“白天”半球的最大溫度不會超過50c，“黑夜”半球的最小溫度也不會低於10c——這樣的溫度範圍，完全允許液態水在全球表麵存在。
2.3液態水的“藏身之處”：晨昏線與地下海洋
即使大氣層的熱量傳輸足夠高效，trappist1e的“晨昏線”白天與黑夜的交界處）仍可能是液態水的“集中地”。這裡的溫度常年保持在0c左右，水既不會蒸發也不會凍結，可能形成全球性的海洋，或者局部的湖泊、河流。
此外，地下海洋也是一個可能——就像木衛二的冰下海洋，trappist1e的“黑夜”半球可能有厚厚的冰蓋，下麵是液態的水。這種情況在紅矮星行星中很常見，因為冰蓋能反射恒星輻射，保持地下溫度穩定。
三、生命的“線索搜索”：從有機分子到生物標誌物
如果trappist1e有液態水和大氣層，那麼下一步就是尋找生命的痕跡——也就是“生物標誌物”biosignatures）。
3.1有機分子：“生命的原材料”是否存在？
有機分子是生命的基礎，比如氨基酸、核苷酸、脂肪酸。對於trappist1e來說，有機分子的可能來源有兩個：
彗星小行星撞擊：就像地球的有機分子可能來自彗星，trappist1係統的彗星帶如果有）可能會將有機分子帶到行星表麵；
行星內部化學反應：岩石行星的內部高溫高壓環境，可能會合成簡單的有機分子。iri儀器曾檢測到trappist1e大氣層中的甲醛hcho）和乙烷c?h?）——這兩種分子是有機反應的中間產物，說明行星上可能存在更複雜的有機分子。
3.2生物標誌物：“非自然”的氣體組合
真正能證明生命存在的，是非自然的氣體組合——比如氧氣o?）和甲烷ch?）同時存在。因為氧氣會和甲烷反應生成二氧化碳和水，如果沒有生命持續產生這兩種氣體，它們不可能共存。
jst的觀測中，還沒有檢測到明顯的氧氣或甲烷信號——但這並不意味著沒有生命。因為trappist1e的大氣層很稀薄，生物標誌物的濃度可能很低，需要更長時間的觀測才能發現。
3.3生命的“能量來源”：陽光還是化學能？
如果trappist1e有生命，它們的能量來源是什麼？
光合作用：如果有足夠的可見光trappist1的可見光很弱，但大氣層能散射一部分），植物可能利用恒星的光進行光合作用，產生氧氣；
化學合成：如果沒有足夠的陽光，生命可能利用海底熱泉的化學能比如硫化氫和氧氣的反應）生存，就像地球的海底熱泉生態係統。
四、爭議與共識：紅矮星行星的“宜居性邊界”
儘管jst的觀測讓trappist1e的宜居性更可信，但科學界仍有爭議——有些科學家認為，紅矮星的“極端環境”會讓行星無法支持生命。
4.1反對派：“紅矮星行星太危險”
反對者的理由主要有三點：
恒星活動劇烈：trappist1的耀斑突然的強光爆發）頻率比太陽高，會釋放大量紫外線和x射線，破壞行星的大氣層和有機分子；
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潮汐鎖定的極端性：即使有大氣層，“白天”半球的溫度仍可能過高，“黑夜”半球過低，無法形成穩定的液態水；
行星質量太小：trappist1e的質量是0.69倍地球，引力不足以保留厚厚的大氣層，最終會變成“裸奔”的岩石球。
4.2支持派：“紅矮星行星是‘宜居天堂’”
支持者則認為，紅矮星行星的“極端環境”反而可能成為“優勢”：
恒星壽命長：紅矮星的壽命可達數萬億年，給生命足夠的時間演化；
行星軌道穩定：因為恒星質量小，行星的軌道不容易被打亂，環境更穩定；
大氣層能自我修複：即使恒星風剝離大氣，火山活動會持續釋放氣體，補充大氣層。
4.3共識：“trappist1e是最值得研究的宜居候選”
儘管有爭議，科學界的共識是：trappist1e是目前最像地球的係外行星，也是尋找地外生命的最優先目標。它的存在，讓我們第一次有了“可驗證”的宜居行星樣本——不管最終有沒有生命，它都能告訴我們，宇宙中的生命可能是什麼樣子。
五、未來的觀測：從jst到et，我們離答案還有多遠？
jst的觀測隻是開始，未來的望遠鏡將給我們更清晰的答案。
5.1jst的“長期監測”：尋找生物標誌物
jst團隊計劃用未來幾年的時間裡，持續監測trappist1e的大氣層——通過多次淩日觀測，積累足夠的數據，檢測氧氣、甲烷等生物標誌物。如果能找到這些氣體，將是“生命存在”的強烈信號。an望遠鏡：“直接成像”的希望an望遠鏡計劃2027年發射）將擁有寬視場紅外相機，能直接拍攝trappist1e的表麵圖像——雖然分辨率不高，但能看到行星的雲層、海洋或陸地，直接判斷是否有液態水。
5.3歐洲極大望遠鏡et）：“地麵最強”的解析力
歐洲南方天文台的et計劃2030年建成）擁有39米直徑的鏡麵，能在地麵直接觀測trappist1e的大氣層成分——分辨率比jst高10倍，能檢測到更微量的生物標誌物。
結尾：trappist1e的啟示——宇宙中的生命並不孤單？
在第二篇的最後，我們回到最初的問題：trappist1e有沒有生命？
答案是：我們還不知道，但它是目前最有可能的候選。它有岩石表麵，有合適的溫度，有液態水的可能，還有大氣層的潛力。即使最終沒有生命，它也能告訴我們：宇宙中的行星演化，比我們想象的更豐富——紅矮星行星也能擁有宜居環境，生命可能比我們想象的更普遍。
有人說，trappist1e是“宇宙給人類的一封信”——它讓我們知道，地球不是唯一的“生命搖籃”；也有人說，它是一麵“鏡子”——讓我們反思：我們在宇宙中並不孤單，也不特殊。
不管最終結果如何，trappist1e的探索，已經讓人類對宇宙的認知前進了一大步。下一個十年，當我們用更先進的望遠鏡看向這顆40光年外的行星，或許會得到一個讓全人類沸騰的答案——是的，我們在宇宙中有鄰居。
注：本文核心數據參考自jst團隊2023年發布的trappist1係統觀測報告“jstobservationsoft.2019）中的氣候模型，以及《天體生物學》astrobioogy）期刊關於紅矮星行星宜居性的爭議文章。部分術語解釋來自《行星科學導論》depater&issauer2010）。
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