TRAPPIST-1

**TRAPPIST-1**，即 **2MASS J23062928-0502285**，是一顆表面溫度極低的超冷紅矮星，距離地球約 39.13 光年（12.0 秒差距），天球上位於寶瓶座。2017 年 2 月，天文學家在該恆星周圍發現 7 顆類地行星，是已知行星系統中擁有次多行星者，僅次於太陽和克卜勒 90。

## 概要

由比利時列日大學天文物理與地球物理研究所天文學家米夏埃爾・吉隆（Michaël Gillon）帶領的團隊使用位於智利拉西拉天文台的凌星行星及原行星小望遠鏡（TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope，TRAPPIST）觀測 TRAPPIST-1 以尋找是否有系外行星環繞。藉著觀測凌星測光，該團隊發現了三顆體積與地球相當的系外行星環繞 TRAPPIST-1。較內側的兩顆已經被母恆星潮汐鎖定，而最外側的行星可能位於該系統的適居帶內或外側距離邊緣不遠處。發現這三顆行星的團隊自 2015 年 9 月至 12 月對 TRAPPIST-1 進行觀測，並且成果於 2016 年 5 月的《自然》期刊。

2017 年 2 月 22 日，天文學家宣布在 TRAPPIST-1 周圍再發現 4 顆行星。除了 TRAPPIST，參與發現這 4 顆行星的望遠鏡還有甚大望遠鏡、史匹哲太空望遠鏡等等。因此環繞 TRAPPIST-1 的行星數量達到 7 顆，並且可能至少有 3 顆行星位於適居帶內。因此可以想像，如果該系統其他 4 顆行星表面如有液態水存在於某處，也許也是適合生命存在的。

## 發現與命名

TRAPPIST-1 於 1999 年由 2 微米全天巡天（2MASS）發現，被編號為 "2MASS J23062928-0502285"。編號中的數字分別是該天體在天球上的赤經與赤緯，字母 J 則代表 J2000.0 曆元。

之後比利時列日大學的研究團隊於 2015 年 9 月至 12 月間使用位於南半球的凌星行星及原行星小望遠鏡對該天體進行觀測，並於 2016 年 5 月的《自然》期刊發表了他們的發現。該望遠鏡的英文縮寫 TRAPPIST 來自於比利時嚴規熙篤隱修會，以及該團隊喜愛的修道院啤酒。因為該恆星是凌星行星及原行星小望遠鏡發現的第一批系外行星的母恆星，因此發現者將它編號為 "TRAPPIST-1"。

系外行星的名稱則與發現的順序有關，並且第一顆被發現的行星是以母恆星名稱後綴字母 _b_ 開始，第二顆後綴 _c_，以此類推。TRAPPIST-1 第一批發現的 3 顆行星的後綴 _b_、 _c_、_d_ 則是依照與母恆星距離由近而遠編號。第二批發現的也以相同規則自 _e_ 到 _h_ 編號。

2017 年 2 月 23 日，Google 塗鴉的圖像以太陽系外行星為主題慶祝該系統第二批 4 顆行星的發現。

## 恆星狀態

TRAPPIST-1 是一顆超低溫矮星（Ultra-cool dwarf），光譜類型 M8.0 ± 0.5。它的質量只有太陽的 8%，半徑則只有太陽的 11%，與木星接近。它的表面溫度約 2550 K，年齡至少 5 億年（超過這個最小值則代表該恆星已經過了它年輕時期的活躍狀態。因為該類恆星的演化速度極為緩慢，它的狀態與年齡的關聯性不夠明顯。）。相較之下，太陽年齡約 46 億年，表面溫度約 5778 K.。

因為 TRAPPIST-1 的低光度，它的壽命也許可以達到 12 兆年。TRAPPIST-1 是一顆富含金屬的恆星，金屬量（[Fe/H]）為 0.04，即太陽的 109%。它的光度只有 0.05% _L_☉，並且輻射能量大多在紅外線部分。它的視星等是肉眼不可見的 18.80。

## 行星系統

2017 年 2 月，天文學家宣布 TRAPPIST-1 周圍發現 7 顆類地行星，並且其中 5 顆（b、c、e、f 與 g）的體積與地球接近，另外兩顆（d 和 h）的體積則在火星與地球之間。有 3 顆（e、f 和 g）的軌道位於適居帶。其中較內側的 6 顆行星的質量總和占母恆星的 0.02%，與木星的伽利略衛星類似，因此兩者可能有相類似的形成歷史。

這 7 顆行星的平均密度在地球的 0.6 至 1.17 倍之間（地球密度 _ρ_⊕ 為 5.51 g/cm3），代表它們主要由岩石組成。其中 6 顆密度的誤差範圍過大，無法指出組成成分中是否有揮發物質與含量，只有 TRAPPIST-1f 的值為 0.60±0.17 _ρ_⊕，暗示可能存在水冰層甚至大氣層等揮發成份。

TRAPPIST-1 的 7 顆行星軌道都遠小於水星環繞太陽的軌道。最內側的 2 顆 TRAPPIST-1b 與 TRAPPIST-1c 與母恆星距離只相當於地球與月球距離的 1.6 倍。每顆行星應該在彼此的天空中顯著地交錯出現，並且在某些情形下，所見到的直徑會是地球上所見月球直徑數倍。最靠近母恆星的行星其一「年」僅相當於地球的 1.5 日，而第 6 顆行星的軌道週期也只有 12.3 日。第 7 顆行星的軌道週期尚未完全確定，大約是 20+15 
−6 日，這是因為目前只觀測到它的一次凌星現象。一般認為年輕矮星表面會發生頻繁而強烈的耀斑，會使靠近母恆星的行星大氣層被剝離。

### 軌道近共振

TRAPPIST-1 系統中較內側 6 顆行星的軌道幾乎是共振的，分別具有大約 24/24、24/15、24/9、24/6、24/4 與 24/3 比例的相對週期，或者是與最近鄰天體週期比例（方向向外）大約是 8/5、5/3、3/2、3/2 與 4/3（即 1.603、1.672、1.506、1.509 和 1.342）。這是太陽系外行星系統中已知最長的近共振鏈，並且這現象被認為是所有行星在距離母恆星更遠處形成後，在殘餘的原行星盤內向內部遷移時互相交互作用造成 。這樣的向內遷移過程增加了液態水存在於這些行星表面的機率。最外側行星的軌道週期仍無法得知較精確數值，無法得知是否與其他 6 顆行星共振。

### 行星系統的強烈極紫外線輻射

天文學家以 XMM - 牛頓衛星對 TRAPPIST-1 的 X 射線觀測資料的研究顯示，在該恆星適居帶的行星如接受到足夠強度的 X 射線與極紫外線輻射，就會使行星的原始大氣與次級大氣組成有明顯變化。

### 行星大氣層光譜

因為 TRAPPIST-1 行星系統規模相對較小，且行星通過恆星盤面與觀測者之間時會產生凌星現象，天文學家可在 TRAPPIST-1 的行星凌星時觀測恆星光通過行星大氣層後的光譜變化以研究行星光譜。

從哈伯太空望遠鏡獲得的 TRAPPIST-1b 與 c 合併透射光譜分析結果排除前述兩顆行星大氣層中主要是由氫組成的無雲大氣層可能性；因此它們不太可能有延伸到高處的高層大氣層，除非是在高空處有較多雲層。兩顆行星其他大氣層結構分布則是從無雲水蒸氣組成至類似金星大氣層，並且表現是無特徵的連續譜。

透過詹姆斯・韋伯太空望遠鏡（JWST）與歐洲極大望遠鏡（EELT）等未來望遠鏡的觀測，天文學家預期將可觀測到行星大氣層內的溫室氣體成分，允許天文學家更精準地推測系外行星表面狀況。未來的望遠鏡觀測結果或許還可以偵測到大氣層內的臭氧、甲烷等生物特徵，如果真有生物存在於目標行星 。

### 無線電波訊號搜尋

2017 年 2 月，SETI 協會的資深天文學家賽斯・肖斯塔克寫下：「...SETI 協會於去年（2016 年）使用艾倫望遠鏡陣觀測 TRAPPIST-1 周圍區域，並掃描了 100 億個無線電頻道以搜尋可能的智慧生命訊號。但並未偵測到訊號傳播，雖然新的觀測正在進行...」

### 水的流失

TRAPPIST-1 b 與 c 從形成至今流失的水量可能相當於地球海洋水量總和的 15 倍（雖然實際損失量可能較低）。但取決於兩顆行星的初始含水量，它們今日保有的液態水量可能仍足以讓生命生存。

### 潮汐鎖定

TRAPPIST-1 的所有 7 顆行星可能都已被潮汐鎖定（即行星永遠以同一面面對恆星），這讓系統中的行星上發展生命「更具挑戰性」。另一個較低的可能性則是某幾顆行星被鎖定在較高階的自轉軌道共振狀態。被潮汐鎖定的行星可能會在永晝的晝半球和永夜的夜半球之間有極大溫差，這可能會產生環繞行星的極強風。因此，這類行星晝半球與夜半球之間的晨昏圈可能是最適合生命生存的區域。

## 圖集

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### 視訊檔

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## 參見

* 主動搜尋地外文明計劃，目前人類仍不可能進行到達其他恆星的星際航行；不過在人類的生命期內與鄰近某顆系外行星上潛在智慧生命通訊假設上是可行的。
* 紅矮星系統適居性
* KIC 8462852，另一顆以凌星觀測資料異常而著名的恆星。
* 克卜勒 90，另一顆擁有 7 顆凌星行星的恆星。

## 註釋

## 參考資料

## 延伸閱讀

## 外部連結

* （英文）NASA Briefing on the Discovery of TRAPPIST-1's 7 Planets（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* （英文）NASA Discovers 7 Planets Orbiting TRAPPIST 1（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* （英文）TRAPPIST-1（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Planetary system website.
* （英文）ESOcast 83: Ultracool Dwarf with Planets (Video)（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）.