2021年，美国宇航局詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)的发射开启了系外行星研究的一个激动人心的新时代，尤其是对科学家来说，他们正在研究围绕太阳以外的恒星运行的类地行星。但在望远镜任务开始的三年中，一些科学家遇到了阻碍进展的挑战。
在最近发表在《自然天文学》上的一篇论文中，TRAPPIST-1 JWST社区倡议计划列出了一个循序渐进的路线图，通过提高数据收集效率来克服他们在研究TRAPPIST-1系统时面临的挑战，从而使整个天文学界受益。
“整个专家社区聚集在一起解决这些复杂的跨学科挑战，设计了第一个多年观测策略，为JWST提供了一个在其生命周期内识别可居住世界的战斗机会，”麻省理工学院地球，大气和行星科学系(EAPS)副教授，该论文的主要作者之一Julien de Wit说。
买一送一的交易
TRAPPIST-1系统距离地球41光年，拥有7颗行星，为研究一个由不同组成的多颗行星组成的大型系统提供了一个独特的机会，类似于我们的太阳系。
“这是一个梦想的目标:你在可居住区域有不止一个，而是可能有三个行星，所以你有一种方法可以在同一个系统中进行比较，”来自蒙特里萨大学的ren
像德威特和多扬这样的天文学家通过一种叫做透射光谱学的技术来研究系外行星的大气层，他们通过观察星光穿过行星潜在大气层的方式来观察存在什么元素。透射光谱是在行星经过其主星前时收集的。
TRAPPIST系统内的行星轨道周期较短。因此，它们的凌日经常重叠。凌日观测时间通常以5个小时为间隔，如果安排得当，其中近一半的时间可以观测到至少两次凌日。这种“二送一”既节省了时间和金钱，又使数据收集增加了一倍。
的污染
星星不是均匀的;它们的表面温度可以变化，形成可以更热或更冷的斑点。像水蒸气这样的分子可以在冷点凝结，干扰透射光谱。像这样的恒星信息很难从行星信号中分离出来，并给出行星大气成分的错误指示，从而产生所谓的“恒星污染”。虽然它经常被忽视，但JWST能力的提高揭示了恒星污染在研究行星大气时带来的挑战。
EAPS的研究科学家本·拉克姆在他最初的博士研究中遇到了这些挑战，他利用智利的麦哲伦望远镜对小型系外行星进行了研究。他现在看到了他作为研究生第一次遇到的同样的问题，在新的JWST数据中再次出现。
他说:“正如我们从早期的地面望远镜数据中预测的那样，我们从JWST获得的第一个光谱特征在行星解释方面没有任何意义。”“这些特征并不是我们期望看到的，它们在每次过境时都会发生变化。”
拉克姆和EAPS的博士后大卫·贝拉尔多(David Berardo)一直在与德威特合作，研究如何使用两种不同的方法来纠正恒星污染:改进恒星光谱模型和使用直接观测来得出纠正。
Berardo说:“通过观察恒星旋转的过程，我们可以利用JWST的灵敏度更清楚地了解其表面的样子，从而更准确地测量经过它的行星的大气层。”这与路线图中提出的背靠背凌日研究相结合，收集了关于这颗恒星的有用数据，这些数据可以用来过滤掉未来和过去研究中的恒星污染。
除了TRAPPIST-1
目前的路线图诞生于TRAPPIST JWST社区倡议的努力，该倡议将单独的项目集中在单个行星上，这使得他们无法利用最佳的凌日观测窗口。
德威特说:“我们很早就知道，这项工作将‘需要一个村庄’来避免小型观测项目的效率陷阱。”“我们现在的希望是，在路线图的指导下，可以启动大规模的社区努力，及时产生可交付的成果。”
德威特希望它能在十年内确定TRAPPIST-1周围的可居住或可居住的世界。
德威特和多扬都认为，TRAPPIST-1系统是进行系外行星大气基础研究的最佳场所，这种研究将扩展到其他系统的研究。Doyon认为“TRAPPIST-1系统不仅对TRAPPIST-1本身有用，而且还可以学习如何对恒星活动进行非常精确的校正，这将有利于许多其他也受恒星活动影响的透射光谱项目。”
德威特说:“我们已经找到了根本性的、具有变革性的答案，并给出了清晰的路线图。”“我们只需要努力地遵循它。”
本文由麻省理工学院新闻(web.mit.edu/newsoffice/)转载，这是一个报道麻省理工学院研究、创新和教学新闻的热门网站。
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