在寶瓶座中，一顆肉眼看不見的恆星可能正在改變歷史。TRAPPIST-1 星系是七顆神秘行星的家園——每顆行星的大小都與我們自己的地球相仿——被一些人視為天文學界在銀河系中尋找生命的皇冠上的明珠。TRAPPIST-1 星系有不止一顆，而是三顆行星在所謂的宜居帶中執行，那裡水可以流動，生命可以繁榮，它是人類追尋一生中最偉大發現的最佳和最光明的機會之一。
不僅科學岌岌可危：我們在這些世界上發現或未發現的東西將永遠塑造科學。
TRAPPIST-1 星系的與眾不同之處在於其驚人的普遍性。這個星系的中心是一顆名為紅矮星的小而暗淡的恆星。紅矮星的質量介於我們太陽質量的 8% 到 57% 之間，它們悄然構成了銀河系中恆星總數的驚人的73%，並且據推測每顆恆星至少擁有三顆行星。自然而然地，這引起了那些研究宇宙生命的人——天體生物學家——的好奇心。外星生命能在這些小型紅色太陽周圍繁榮發展嗎？
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這種可能性讓哲學家感到興奮，但更讓天文學家興奮：圍繞紅矮星的行星比圍繞任何其他型別的恆星的行星都更容易被發現。事實上，TRAPPIST-1 星系是在 2016 年用一臺直徑僅兩英尺的望遠鏡發現的。由於這顆恆星即使按照紅矮星的標準也很小，因此其地球大小的行星很容易突出；當它們穿過或凌星時，它們會阻擋大約百分之零點五的總光輸出。相比之下，當地球從太陽前方經過時，地球僅阻擋了我們大得多的太陽光線的 0.01%。就可探測性而言，紅矮星似乎是明顯的贏家，在445 個紅矮星系統（我詢問了 NASA 系外行星檔案的維護科學家 Jessie Christensen 最新的計數結果），TRAPPIST-1 星系是凌星現象最明亮的星系之一，使其成為天體生物學最受歡迎的目標。
但紅矮星也有陰暗面。它們不僅僅是我們行為良好的太陽的較小、較紅的版本；它們是劇烈、活躍的極端輻射源。雖然地球大約每 25 年 經歷一次被稱為日冕物質拋射 (CME) 的劇烈太陽爆發，但圍繞 TRAPPIST-1 星系執行的行星每週都會經歷這種爆發。而且宿主恆星越大，CME 就越強大。如果行星沒有強大的磁場來保護它，CME 可能會剝離其大氣層，直到它變成貧瘠、不適宜居住的岩石。
此外，紅矮星在誕生時是熾熱的，並且會隨著時間的推移而冷卻。這意味著行星的水資源可能在有機會在宜居帶安頓下來之前就被煮沸，或者行星可能在開始生命時是宜居的，然後才被凍結。最後，紅矮星行星離它們的恆星非常近，當太空中的兩個物體靠得很近地繞軌道執行時，其中一個最終會面對另一個——就像月球的同一面始終朝向地球一樣。就 TRAPPIST-1 星系的行星而言，這意味著一個半球可能會經歷永恆的白天，而另一個半球則會經歷永恆的夜晚：這可能不是生命演化的理想條件。
儘管如此，許多天體生物學家仍然堅信生命的適應性和永續性。畢竟，我們只是地球上的一個數據點，也許在 TRAPPIST-1 星系和其他地方，頑強的生物已經適應了極端條件。因此，問題仍然存在：紅矮星是讓我們的銀河系成為鬱鬱蔥蔥、充滿活力的花園，還是稀疏的沙漠？
為了回答這個問題，科學家們已經徵用了 NASA 的旗艦太空望遠鏡，JWST。JWST 攜帶著各種相機和儀器，稱為光譜儀，並且與哈勃太空望遠鏡不同，它幾乎完全在紅外線下觀察。這對於像 TRAPPIST-1 這樣的紅矮星系統尤其有用，因為紅外線實際上是它們最亮的地方。天文學家有一種特別聰明的方法可以使用 JWST 研究 TRAPPIST-1 星系的行星：他們等待行星穿過恆星後面，並使用相機來判斷在此期間有多少光線丟失。丟失的光線告訴他們行星表面反射的方式。沒有大氣層的行星以非常可預測的方式反射；任何偏離這種模式的現象都表明可能存在大氣層。
TRAPPIST-1 星系的行星有大氣層嗎？這是天文學家在 JWST 的首次觀測執行（稱為週期 1）中決心確定的。一個團隊使用紅外相機來檢查最內層的行星 TRAPPIST-1b。他們得出結論，它沒有大氣層——類似於我們太陽系中的水星。另外兩個團隊測量了下一個行星 TRAPPIST-1c。TRAPPIST-1c 也太熱，無法位於宜居帶，並且據推測擁有像金星一樣濃厚的二氧化碳雲。但這些團隊報告了相同的發現：TRAPPIST-1c 也沒有明顯的大氣層。週期 2 於今年 7 月開始，目前正在進行中，JWST 將重新訪問這些行星。
對更多資料的需求顯而易見。TRAPPIST-1 星系的三顆潛在宜居行星 e、f 和 g 尚未被探索。部分原因是後勤：行星的軌道越遠，在一個觀測週期內它將發生的凌星現象就越少。此外，這些外部行星更冷，如果它們擁有大氣層，則需要明顯更多的時間和不同的儀器來測量它們。儘管如此，獲得的知識——無論結果如何——都將是寶貴的。如果 TRAPPIST-1 星系被證明是一片貧瘠的荒地，天體生物學將能夠將精力重新集中在有希望的類太陽恆星上，將寶貴的資源重新分配到最需要的地方。但即使有一絲生命跡象存在，也必須大力追求：一個新的號召，去發現和研究那些充滿我們星系和我們想象力的世界。
全面勘測 TRAPPIST-1 星系將需要一項專注的、多年的活動，但這必須完成。它不僅對科學，而且對整個人類的重要性都再怎麼強調也不為過。幾乎佔銀河系恆星總數四分之三的恆星周圍存在生命的可能性實在太大了，不容忽視。探索在召喚，只要我們足夠大膽去回應。
這是一篇觀點和分析文章，作者或多位作者表達的觀點不一定代表《大眾科學》的觀點。