上一篇文章介绍了行星宜居实验室网站首页图片中的几颗行星，在本次发现之旅中，我将详细介绍Trappist-1系统，在开始前，有必要介绍一下它的发现工具。Trappist全称Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope–South，意为“南方凌星行星和星子小望远镜”，其位于智利，隶属于欧州南方天文台。它的主镜由两个口径60厘米的反射望远镜组成，其最初任务除了观测凌星行星以外，还对彗星进行研究，在2010年它也被用于观测矮行星iris的掩星，取得了不错的效果。

位于智利的Trappist望远镜

当然，Trappist迄今为止的最大成果毫无疑问是发现了Trappist-1系统。2015年，一组比利时天文学家首先证实Trappist-1系统存在3颗行星，2017年2月底，系统确定由七颗岩石行星组成，其中五颗（b，c，e，f和g）直径接近地球，另外两颗（d和h）直径位于地球和火星之间，七颗行星中的三个行星（e，f和g）轨道经过复杂测算后证实位于宜居带内。

系统内7颗行星的凌星信号

先说说其主恒星，Trappist-1是一颗光谱M8V的超冷红矮星（ultra-cool dwarf star），寿命估计超过12万亿年，其直径稍大于太阳系中的木星，质量超过木星的84倍（约等于太阳的1/12），它是一颗很特殊也很奇葩的恒星，特殊在于它位于最小的恒星和最大的褐矮星的交界附近，奇葩在于这样一颗本体营养不良的小恒星附近能够存在7颗行星。在已知的行星系统规模中Trappist-1系统排名第三，仅次于太阳系和开普勒90系统的8颗行星。

开普勒90系统与太阳系

进一步的观测显示，Trappist-1比普通活跃的红矮星耀斑发生几率低了至少30倍—这与其低质量和低亮度有关，但，仍足以改变其周围运转的行星大气组成状态，这应该算是红矮星的通病。

Trappist-1系统的7颗行星轨道面非常扁平和紧密，且从地球上可以观测到它们的凌星现象，这使得天文学家可以直观得出它们的大小数值，而通过测量其彼此由于相当接近的轨道导致的凌星时间变化（TTV）又可以得出它们较为精确的质量，这也使得Trappist-1系统是迄今为止我们所了解规模最大、数据最为详细的系外行星系统。

Trappist-1系统内七颗行星相关参数与太阳系内四颗类地行星相比较

7颗行星中个人最感兴趣的是Trappist-1d（事实上由于其低密度，它的表面和地球可能相差很远，因此天文学家对密度更接近地球Trappist-1e更感兴趣）。最新数据显示，Trappist-1d的ESI（地球相似指数）为0.90-0.91，这是一道分水岭，ESI低于0.8的行星即便是岩石行星，其环境和地球很可能天差地别，如Kepler-186f（因低温，ESI低于0.7），ESI处在0.8-0.9之间的行星很可能拥有类似于地球的组成甚至是地貌，拥有液态水等，如比邻星b为0.85，Kepler-452b为0.83（直径过大），Gliese 667Cc为0.84（质量过大），之前最高的Kepler-438b为0.88（大小类似地球，但由于主恒星过于活跃、轨道过于靠近宜居带向恒星一侧，已排除生命存在可能），而ESI大于等于0.9的行星目前只确定了Trappist-1d一颗，暗示它可能高度类似地球。

Trappist-1d的想象图，由于潮汐锁定，液态水只出现在昼夜交界线附近

Trappist-1d直径为地球的0.784倍，误差低于184km，TTV显示其质量仅为地球的0.297倍，这在已经发现的最小的系外行星中也足以排上号，密度为3.39 g每立方厘米。2017年的一篇文章中（ arXiv:1711.02676），罗腾巴切尔和凯恩等人的数据显示，它的轨道距离主恒星非常近，只有0.02228 AU，或者是地球和太阳之间的距离的2.2％，Trappist-1的低光度意味着这颗行星只有地球接收的太阳光的1.043倍，这将使其位于保守宜居带的内部。根据这些数据，欧空局的天文学家认为，在它的表面，水质量可能超过岩石质量的20倍，如果它拥有和地球一样的反照率（0.3），它的地表平衡温度将会是258 K（-15°C; 5°F），与地球255 K（-18°C; -1°F）非常相似。早期的研究认为，由于潮汐锁定，再加上很可能经历过失控温室效应，Trappist-1d表面的液态水只能存在于非常有限的范围内甚至已经不存在了，但目前认为，如果具有和地球类似的反照率，则Trappist-1d可以抵御失控温室效应，来自于主恒星的潮汐加热甚至可以帮助Trappist-1d的深海（如果有）产生地热活动。

Trappist-1d的密度低于地球，但恒星辐射通量非常类似地球

太阳系中的一些天体与该系统内行星的恒星辐射通量和逃逸速度的对比

欧洲南方天文台在2017年后半年发起一项详细的研究，通过三维建模了解Trappist-1系统内的行星大气和综合环境（arxiv：1707.06927，后文内容均来自于此篇文章），特贝特、巴尔蒙特等一批行星、大气领域的大佬通过超级计算机对系统的7颗行星进行了全面的评估。在他们的模型里，7颗行星经过复杂的数据输入后显示潮汐锁定的状态，大气层内的二氧化碳、氨气等温室气体难以以气态出现，在g、h行星上二氧化碳或是以干冰冰盖的形式出现。通过对凌星信号和TTV的数据反复确认，他们认为7颗行星的体积密度可以允许存在固体表面或者大气富含挥发物，考虑后一种可能性以及TRAPPIST-1行星处于近共振链的事实表明，行星可能是从远离它们的恒星的地方形成并随后迁移到它们的当前位置。

模型所采用的行星数据表

该模型名为3D全球气候模型（GCM），被广泛应用于行星全球性气候研究。对于Trappist-1系统，特贝特等人使用的是7颗行星轨道偏心率和轨道倾角都不高的情况，这时即使是非圆形轨道，对于行星宜居性的影响很小，故在上图表中最下面两项无数值。

考虑存在10种常见气体后的h、g、f、e大气平衡温度（竖直的黑色虚线）

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上图假设为被较冷水或者冰冻覆盖的TRAPPIST-1f，g和h的地表温度地图，周期为50天以上，行星假设存在10毫巴，100毫巴，1巴3种不同的表面大气压力下的纯氮气大气（水为不定型气体）。由于潮汐锁定，星球中心的直射点区域是星球温度最高的地带。

显示氮气、二氧化碳的分压函数，此种情况下大气如稳定存在则显示红色，如不稳定显示蓝色

假设大气层主要组成成分为甲烷，在不同大气压力下4颗轨道靠外的行星的平均表面温度

上面仅是论文中讨论的一些不同大气组成对表面温度的影响，结合主星是超冷矮星这一点，作者们通过复杂的模拟得出较多结论：1、由于表面冷凝，TRAPPIST-1h无法积聚密集的温室气体，其可宜居性是系统内最低；2、具有较低内部热通量的行星（如TRAPPIST-1e，f，g和h）必须在失控温室效应过程重组其全球性大气层之前，在它们的暗侧（永远不能被恒星照射的背侧）积聚大量挥发物，否则也影响其宜居性； 3、具有较大内部热通量的行星（如TRAPPIST-1b，c和d）将难以存储和保护其位于暗侧的大气可挥发物，暗侧较热的温度负责形成可能被我们检测到的逃逸的大气成分；4、对行星的TTV分析和系统的紧凑谐振结构表明，TRAPPIST-1系统内的行星时至今日仍可能有各种挥发性物质；5、如果TRAPPIST-1e，f和g具有二氧化碳主导的大气，则必定非常厚，稀薄的二氧化碳气体会在此三颗行星的暗侧永久性地冻结，如果是类似火星的大气层，在TRAPPIST-1e，f，g和h上不稳定；6、有效的温室效应和热量再分配，较厚的二氧化碳大气层是稳定的。例如，类似金星的大气层在TRAPPIST-1e，f和g上会保持稳定。但，如果二氧化碳开始凝结在TRAPPIST-1轨道较外行星的夜侧，就会形成二氧化碳冰盖（干冰盖）。对于TRAPPIST-1f在内的内行星来说，完整的二氧化碳冰盖是不可能存在的，因为它们接受的光照大于二氧化碳的失控温室阈值。完整的二氧化碳冰盖只可能在g、h上永久封存在水冰盖（如果有）之下，或溶解在冰下的海洋中；7、 TRAPPIST-1f，g和h只有在拥有能够确保热量传输的透明大气层下才能维持表面可居住性；8、厚甲烷大气层不能维持TRAPPIST-1f，g和h的表面可居住性；9、 TRAPPIST-1h在大气层拥有氮气，二氧化碳，甲烷等温室气体的情况下仍无法维持表面可居住性，而要拥有可居住性，只能通过一个不太可能存在的由厚重的水蒸汽占主导地位的大气层来实现（轨道最外，温度最低，不可能拥有水蒸气）。

有趣的是，NASA的哈勃太空望远镜的数据显示TRAPPIST-1系统中轨道最靠内的b、c行星水含量远远超过系统中的其它5颗行星，初步估算是地球水量的至少20倍。此说法存疑，这个项目的发现者文森特等人是靠通过测量行星过境时该系统的紫外辐射得到这个结果的，我们知道紫外线可以将水分解为氢和氧，并在光谱中留下这个过程的痕迹，由于距离跨度达到光年，这个结果真实性是打折扣的。

目前，对于TRAPPIST-1的多项研究已到了相当深入的地步，但所有的模拟都需要真实的数据和光谱予以证实，这仍然超出现有的科技能力，哈勃、钱德拉在更进一步的探测中发挥有限，James Webb望远镜一再跳票，我们当前能做的，只有继续耐心等待。