天文学家们寻找到了一颗岩石状、地球大小的系外行星，以寻找大气层的迹象，但一无所获。以前在比我们地球大得多的行星上发现过大气层，包括一些热木星和亚海王星，它们主要由冰和气体构成。但这是科学家第一次能够确定太阳系外地球大小的类地行星是否有大气层。这颗被质疑的行星，LHS 3844b，是由美国宇航局凌日系外行星勘测卫星TESS发现的，据测量其体积约为地球的1.3倍。这颗行星围绕它的恒星运行仅需要11个小时，这使它成为已知速度最快的系外行星之一。
这颗恒星本身是一颗小而冷m -矮星，距离地球只有49光年。在发表在《自然》上的一项研究中，LHS 3844b可能既没有像金星一样厚的大气层，也没有像地球一样薄的大气层。相反，这颗行星可能更像水星——一种起泡的光秃秃岩石行星。如果曾经存在过大气层，这颗恒星的辐射很可能在行星形成之初就将其摧毁。麻省理工学院地球、大气和行星科学系博士后Daniel Koll说：我们基本上发现了一颗没有气体的热行星，这是我们第一次对m -矮星周围行星的大气层有了详细了解。
m -矮星是最常见的恒星类型，这使得LHS 3844b成为银河系中最常见的岩石行星。在这样一片贫瘠的行星上，有任何一种生命能够生存吗？天文学家们表示，这是极不可能的，因为缺乏大气层会立即把行星表面的任何生物体都烤熟，但这并不意味着其他类地系外行星也同样没有覆盖。第一作者、哈佛大学天体物理学中心的研究员劳拉·克雷德伯格(Laura Kreidberg)表示：我们从来没有想过这颗特殊的行星会适合生命生存。还有的问题是：围绕较小恒星的这类行星是否有大气层，技术是评估大气是否存在的有力方法。
面临暴露
LHS 3844b是麻省理工学院(mit)开发TESS卫星确认的首批太阳系外行星之一。TESS卫星监控着数千颗距离最近、最亮的恒星，观察恒星光线的周期性短暂下降，这可能预示着一颗研究团队将LHS 3844b标记为一个理想的实验室，因为它的恒星明亮且离太阳系很近，因此科学家们可以用它作为详细研究这颗行星的依据。由于LHS 3844b非常接近它的恒星，因此非常热，所以天文学家们推断它应该释放足够的热量来揭示它是否拥有大气层的线索。
LHS 3844b是一颗潮汐锁定的行星，这意味着它有一个永久性白天和黑夜的一面，就像月球总是向地球展示相同的一面一样。如果有大气层存在，它会将热量在整个星球上循环，白天和黑夜所释放的热量大致相同。在没有大气层的情况下，白天的温度要比夜晚高得多。当这颗行星绕着恒星运行时，观察者可以看到那颗行星的不同面。当它从恒星后面出来时，这颗行星的日面就暴露出来了。然后，当它在恒星前面旋转时，这颗行星会旋转，以显示它的黑夜一面，然后再转回来，在再次穿过恒星后面之前，暴露它的白天一面。
如果能够测量出这颗行星在轨道上不同表面发出的热量，就能确定白天和黑夜之间的温差，并最终确定这颗行星是否有大气层。为了验证这个想法，研究小组使用了NASA的斯皮策太空望远镜，这是一种测量红外辐射或热量的仪器，他们将望远镜对准LHS 3844b，观察了100个小时，总共捕捉到了大约10条绕地球运行的轨道，测量了这颗行星在每一个轨道上不同表面发出的热量。对于体积更接近木星的行星，已经做了很多这样的测量，但这是第一次对M矮星周围类地行星进行这样的测量。
在某个地方或许有
从测量中，天文学家计算出白天的温度是1000开尔文(约727摄氏度)，而夜晚的温度则骤降至0摄氏度。剧烈的温差表明，这颗行星并没有像金星那样厚的大气层，可以将热量均匀地分布在整个行星上。研究人员模拟了不同组成稀薄大气层的各种情况，但发现没有一种情况产生的热量分布与观测结果相符，这表明这颗行星也没有类似地球的稀薄大气层。有一种情况是，极薄的大气层(类似于火星的大气层)可能产生火星上剧烈的热差。
然而发现，如此稀薄的大气层不太可能保持稳定，因为恒星辐射会迅速将行星周围的任何微量气体吹走，最终得出结论，LHS 3844b本质上是一块超热的裸露岩石行星。但它可能是哪种岩石呢？在最后一步，研究小组试图通过测量行星表面的反射率来确定组成。不同矿物反射不同程度的光——玄武岩是黑色的凝固熔岩，反射的光很少，而像花岗岩这样颜色较浅的岩石，含有石英等矿物，反射率较高。为了计算行星的反射率，研究小组测量了恒星亮度与行星的亮度之比。
可以看到花岗岩样的表面被研究数据排除在外，而像熔岩场、月球母马或水星表面这样的深色物质则与观察一致。尽管该小组得出结论，LHS 3844b上不存在任何大气层，因此也不存在生命，但围绕冷m矮星运行的类似类地系外行星可能不存在这种情况。研究人员希望将此技术应用到其他岩石系外行星上，包括那些离恒星更远、更有可能保留大气层的行星。大气层有助于保护生命，使其免受紫外线辐射，一些类地系外行星可以有大气层，也许在那里的某个地方，会有一个合适的温度，能够保持液态水。
博科园｜研究/来自：麻省理工学院
参考期刊《自然》
DOI: 10.1038/s41586-019-1497-4
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