型恒星)
·描述：一個擁有多顆行星的超冷紅矮星型紅矮星，距離地球約40光年
·關鍵事實：其周圍發現了至少7顆地球大小的係外行星，其中多顆位於宜居帶，是尋找地外生命的重點觀測目標。
特拉普派1係統科普長文·第一部：宇宙“微型恒星”的7顆“地球兄弟”——超冷紅矮星的家庭與宜居密碼
當我們談論“尋找地外生命”時，往往會先想到類似太陽的恒星——比如開普勒望遠鏡找到的“地球usin”開普勒452b，或是比鄰星b這樣的鄰近行星。但很少有人注意到，在距離地球僅40光年的宇宙深處，有一顆比木星大不了多少的“微型恒星”，正帶著7顆地球大小的行星，在銀河係的獵戶座旋臂裡安靜運轉。它的名字叫特拉普派1trappist1），是人類目前發現的擁有最多地球大小行星的超冷紅矮星係統，也是nasa“尋找地外生命”計劃中的“頭號種子選手”。
這一篇，我們要走進特拉普派1的“家庭世界”：先解析這顆型紅矮星的本質——為什麼它是“宇宙最常見的恒星”；再回溯7顆行星的發現曆程——從trappist望遠鏡的偶然捕捉到jst的精準觀測；最後拆解每顆行星的特性——尤其是那幾顆擠在“宜居帶”裡的“地球兄弟”，它們的溫度、大氣層、潮汐鎖定狀態，藏著多少生命的線索？
一、特拉普派1：宇宙中最“低調”的恒星，卻藏著最“熱鬨”的家庭
型紅矮星darf）。在天文學的分類裡，恒星按表麵溫度從高到低分為o、七大類，型是其中溫度最低、質量最小的群體——它們的表麵溫度通常在25003500k之間太陽是5778k），質量僅為太陽的0.080.5倍，半徑約為太陽的110到12特拉普派1的半徑是7.4萬公裡，和木星幾乎一樣大）。型紅矮星：“宇宙的基礎建材”——為什麼它如此重要？型紅矮星的“低調”，恰恰是它的“優勢”：型紅矮星。如果把宇宙比作一座城市，型紅矮星就是“廉租房”，占了絕大多數房源；型紅矮星的壽命可以達到上千億年——比宇宙當前的年齡138億年）還長10倍。這意味著，它們的行星係統有足夠的時間演化出生命；
能量輸出穩定：雖然光度低特拉普派1的光度僅為太陽的4），但型紅矮星的能量輸出會保持數十億年的穩定，不會像太陽那樣經曆“耀斑爆發期”或“亮度上升期”，對行星環境更友好。
特拉普派1的具體參數，更能體現它的“微型”：
質量：0.089倍太陽質量約89倍木星質量）；
半徑：0.121倍太陽半徑約7.4萬公裡）；
表麵溫度：3100k比太陽低2200k，顏色呈暗紅色）；
年齡：約78億年比太陽老10億年，已經進入“中年”）；
距離：40.7光年在宇宙尺度上，相當於“隔壁小區”）。
2.為什麼是特拉普派1？——它的“特殊體質”讓它成為“行星磁鐵”
特拉普派1之所以能聚集7顆行星，和它的低質量、低光度密切相關。根據恒星係統的“原行星盤理論”，恒星形成時，周圍會圍繞著一圈氣體和塵埃組成的原行星盤。恒星質量越小，原行星盤的“存活時間”越長因為恒星的輻射壓力不足以快速吹散盤裡的物質），行星有更多時間“收集”塵埃，成長為大質量行星。型紅矮星的宜居帶位置極近——因為光度低，行星需要離恒星很近才能接收到足夠的熱量，讓液態水存在。比如特拉普派1的宜居帶半徑約為0.0280.05au1au是地球到太陽的距離，約1.5億公裡），這意味著它的宜居行星軌道周期隻有幾天到十幾天，比水星繞太陽的周期88天）還短。這種“緊湊”的軌道布局，讓行星之間的引力相互作用更強烈，更容易形成穩定的係統。
二、7顆行星的發現：從“偶然捕捉”到“全陣容亮相”——trappist與spitzer的“接力賽”
ethod）的經典案例。淩星法的原理很簡單：當行星從恒星前方穿過時，會遮擋一部分恒星的光線，導致恒星亮度輕微下降。通過監測這種亮度變化，天文學家可以推斷出行星的存在、軌道半徑和半徑大小。
1.第一步：trappist望遠鏡的“意外發現”2016年）
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2016年，位於智利拉西亞天文台的trappist望遠鏡淩星行星與行星小望遠鏡，transitingpasandpaesiassateespe）正在進行型紅矮星的淩星搜索。這台望遠鏡口徑隻有0.6米，卻專門針對型紅矮星優化——它的紅外探測器能捕捉到低溫恒星的微弱淩星信號。
在對特拉普派1的持續觀測中，trappist團隊發現了3次明顯的亮度下降：
第一次：亮度下降1.5，周期1.5天對應行星b）；
第二次：亮度下降0.9，周期2.4天對應行星c）；
第三次：亮度下降0.5，周期4.1天對應行星d）。
這是人類首次在特拉普派1周圍發現行星，但trappist團隊不敢大意——他們需要確認這些信號不是“恒星黑子”或“數據誤差”。於是，他們轉向了spitzer空間望遠鏡斯皮策紅外空間望遠鏡），這台望遠鏡專門觀測紅外波段，對型紅矮星的淩星信號更敏感。
2.第二步：spitzer的“確認之戰”2017年）
2017年，spitzer對特拉普派1進行了連續72天的監測，覆蓋了整個行星係統的軌道周期。這次觀測不僅確認了trappist發現的3顆行星，還新增了4顆行星——e、f、g、h，讓係統行星數量達到了7顆！
spitzer的關鍵貢獻在於：
精確測量軌道周期：比如行星e的周期是6.1天，行星f是9.2天，行星g是12.4天，行星h是18.8天；
限製行星半徑：通過淩星深度亮度下降的比例），spitzer計算出7顆行星的半徑都是地球的0.761.15倍——也就是說，它們都是“地球大小”或“超地球”比地球大，比海王星小）。
3.第三步：徑向速度法的“質量驗證”2018年至今）
淩星法能測出行星的半徑，但要算出質量，需要徑向速度法radiaveocityethod）——通過恒星光譜線的位移，推斷恒星受到的引力牽引，從而計算行星的質量。
2018年，天文學家用harps光譜儀高精度徑向速度行星搜索器）對特拉普派1進行了觀測，測出了7顆行星的質量：
行星b：1.37倍地球質量；
行星c：1.18倍地球質量；
行星d：0.41倍地球質量次地球）；
行星e：0.62倍地球質量；
行星f：0.68倍地球質量；
行星g：1.15倍地球質量；
行星h：0.32倍地球質量次地球）。
有了質量和半徑，就能算出行星的密度——這直接關係到它們的成分：
行星b、c、g、h的密度約為1.52.0克立方厘米和地球的5.5克立方厘米相比更低），說明它們可能含有大量水或冰；
行星d、e、f的密度約為3.04.0克立方厘米，更接近地球，可能有固態表麵和金屬核心。
至此，特拉普派1的7顆行星“全陣容”正式亮相——它們是人類曆史上第一次在一顆恒星周圍發現如此多地球大小的行星，也是第一次在型紅矮星周圍發現這麼多潛在宜居的行星。
三、7顆行星的“個性檔案”：從“地獄般的熱”到“溫柔的涼”——宜居帶的“邊界遊戲”
特拉普派1的7顆行星，按離恒星的距離從近到遠編號為b到h。它們的軌道周期從1.5天到18.8天不等，溫度從38c到100c不等。現在，我們逐一拆解它們的特性，重點關注那幾顆“宜居帶內的行星”。
1.行星b：離恒星最近的“烤地瓜”——溫度38c，有沒有大氣層？
行星b是離特拉普派1最近的行星，軌道半徑僅0.011au約165萬公裡，比水星離太陽近一半），公轉周期1.5天。它的質量是1.37倍地球，半徑1.01倍地球，密度約2.0克立方厘米。
平衡溫度沒有大氣層時的表麵溫度）約為38c——聽起來很宜人，但實際情況可能很糟糕：
因為離恒星太近，特拉普派1的耀斑活動會直接轟擊行星b的表麵，釋放大量紫外線和x射線，剝離它的大氣層；
即使有大氣層，潮汐鎖定會讓它的正麵永遠對著恒星，溫度可能高達100c以上，背麵則是50c以下，液態水無法穩定存在。
2.行星c：第二近的“超級地球”——密度高，可能有金屬核心
行星c的軌道半徑0.015au，周期2.4天，質量1.18倍地球，半徑1.15倍地球，密度約2.5克立方厘米。
它的平衡溫度約為50c，比行星b熱，但因為質量更大，引力更強，可能保留了薄大氣層。行星c的密度較高，說明它的內部有一個大的金屬核心比如鐵和鎳），類似地球的地核——這意味著它可能有地質活動，比如火山噴發，釋放二氧化碳，形成弱溫室效應。
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3.行星d：宜居帶內側的“次地球”——質量0.41倍，能保留大氣層嗎？
行星d是第一顆進入宜居帶的行星，軌道半徑0.021au，周期4.1天，質量0.41倍地球次地球），半徑0.77倍地球，密度約3.5克立方厘米。
它的平衡溫度約為38c，但因為質量小，引力較弱，是否能保留大氣層是個問題：
如果它有大氣層，潮汐鎖定會讓熱量從正麵傳到背麵，可能在黑夜一側形成液態水；
但如果大氣層太薄，無法抵禦耀斑的剝離，它會變成像火星一樣的“沙漠世界”。
4.行星e：宜居帶的“黃金候選”——0.62倍地球質量，溫度28c
行星e是特拉普派1係統中最受關注的行星，軌道半徑0.029au，周期6.1天，質量0.62倍地球，半徑0.92倍地球，密度約3.8克立方厘米。
它的平衡溫度約為28c——和地球的溫帶地區幾乎一樣！更關鍵的是，它的質量足夠大0.62倍地球），引力可以保留厚厚的大氣層。天文學家推測：
如果行星e有大氣層，表麵溫度可能會穩定在030c之間，液態水可以廣泛存在；
它的密度較高，可能有固態表麵和液態海洋，甚至有板塊運動——這些都是生命誕生的必要條件。
5.行星f：宜居帶的“濕潤世界”——0.68倍地球質量，溫度22c
行星f的軌道半徑0.038au，周期9.2天，質量0.68倍地球，半徑1.05倍地球，密度約4.0克立方厘米。
它的平衡溫度約為22c——比地球還涼爽！行星f的半徑比地球大，說明它可能有更厚的大氣層，或者更多的水。天文學家模擬發現，如果行星f的大氣層含有二氧化碳，溫室效應會讓表麵溫度保持在1025c之間，非常適合生命存在。
6.行星g：宜居帶外側的“冰邊緣”——1.13倍地球質量，溫度19c
行星g是宜居帶的外側邊界，軌道半徑0.047au，周期12.4天，質量1.15倍地球，半徑1.13倍地球，密度約3.5克立方厘米。
它的平衡溫度約為19c，但因為離恒星稍遠，表麵可能更寒冷。不過，行星g的質量大，可能有足夠的引力保留大氣層，大氣層中的溫室氣體能讓溫度回升到0c以上，液態水可能存在於赤道地區。
7.行星h：最遠的“次地球”——0.32倍地球質量，可能沒有大氣層
行星h是離恒星最遠的行星，軌道半徑0.063au，周期18.8天，質量0.32倍地球，半徑0.76倍地球，密度約4.0克立方厘米。
它的平衡溫度約為50c，但因為質量太小，無法保留厚厚的大氣層，表麵可能被冰覆蓋。不過，行星h的軌道周期很長，可能有“季節變化”——如果它的自轉軸傾斜，可能會有短暫的溫暖期，液態水短暫出現。
四、特拉普派1係統的“生存挑戰”：耀斑、潮汐鎖定與大氣層的“三角博弈”
儘管特拉普派1的行星看起來很“宜居”，但它們麵臨著三個致命的挑戰：
型紅矮星的耀斑活動比太陽頻繁得多。spitzer觀測到特拉普派1在2017年爆發了一次超級耀斑，釋放的能量是太陽耀斑的100倍。這種耀斑會釋放大量的紫外線uv）和x射線，對行星大氣層造成毀滅性打擊：
紫外線會分解大氣層中的分子比如水、二氧化碳），產生自由基，導致大氣層逃逸；
x射線會加熱行星的上層大氣，讓氣體以“等離子體”的形式逃逸到太空。
對於行星d、e、f、g這些質量較大的行星來說，它們的引力更強，可能能抵禦耀斑的影響；但對於行星h這樣的次地球，可能已經失去了大部分大氣層。
2.潮汐鎖定：“一半火焰，一半冰山”
因為行星離恒星太近，它們都被潮汐鎖定——自轉周期等於公轉周期。比如行星e，公轉周期6.1天，所以自轉周期也是6.1天：一麵永遠對著恒星白天），一麵永遠黑暗黑夜）。
這種極端的環境對生命有什麼影響？
白天一側：溫度高，可能有海洋蒸發，形成濃厚的雲層；
黑夜一側：溫度低，可能有冰蓋，冰蓋下的海洋可能保持液態；
晨昏線白天和黑夜的交界處）：溫度適中，可能是生命的“搖籃”——這裡既有液態水，又有能量來源比如化學能）。
科學家模擬發現，行星e的晨昏線可能有穩定的液態水海洋，即使白天一側溫度高達50c，黑夜一側低至50c，晨昏線也能保持適宜的溫度。
3.大氣層：“生命的保護罩”
對於特拉普派1的行星來說，保留大氣層是生命存在的關鍵。沒有大氣層，行星會暴露在恒星的輻射下，液態水會蒸發或凍結，生命無法存活。
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天文學家用大氣逃逸模型模擬了行星e的大氣層：
如果行星e有類似地球的大氣層主要成分是氮氣和氧氣），它的大氣層會在10億年內逐漸逃逸，但核心的臭氧層會保留下來，阻擋紫外線；
如果行星e有更厚的大氣層比如二氧化碳占主導），大氣層會更穩定，能抵禦耀斑的影響更久。
型紅矮星才是“生命的搖籃”？
特拉普派1係統的發現，徹底改變了人類對“宜居行星”的認知：
以前的認知：宜居行星應該在類似太陽的恒星周圍，軌道半徑約1au比如地球）；型紅矮星的行星係統，因為恒星小、光度低，宜居帶更近，行星更密集，反而更適合生命存在——畢竟，宇宙中70的恒星都是型紅矮星！
更重要的是，特拉普派1的行星都是“地球大小”——這意味著它們的成分和地球相似，可能有固態表麵、液態水和大氣層。而之前的“超級地球”比如開普勒10b）要麼太大像海王星），要麼太熱離恒星太近），不適合生命存在。
現在，天文學家們最期待的是jst詹姆斯·韋伯空間望遠鏡）對特拉普派1e的觀測。jst的近紅外光譜儀nirspec）可以分析行星的大氣層成分，比如：
有沒有水蒸氣液態水存在的信號）；
有沒有二氧化碳溫室效應的信號）；
有沒有臭氧氧氣的信號，可能意味著光合作用生命）。
如果jst在特拉普派1e的大氣層中發現臭氧，那將是人類曆史上最重大的發現之一——它意味著，宇宙中除了地球，還有其他星球存在生命。
六、結語：特拉普派1的“家庭”，是宇宙給我們的“生命暗示”
特拉普派1的7顆行星，像一群擠在“小房子”裡的孩子，每一顆都有自己的性格：有的太熱，有的太冷，有的可能有液態水，有的可能有大氣層。但它們共同構成了一個“迷你太陽係”，證明了宇宙中“宜居行星”並不是罕見的——隻要你願意去尋找，就能找到。
當我們仰望特拉普派1時，看到的不僅是：
一顆比木星大不了多少的暗紅色恒星；
40光年外的“家庭聚會”；
7顆地球大小的行星；