天文學家勞拉·克雷德伯格承認，她最初對她最新的研究結果有點擔心。對一顆圍繞紅矮星LHS 3844執行的行星的觀測似乎表明，這顆比我們的世界大30%的岩石超級地球幾乎沒有或根本沒有大氣層。
克雷德伯格的擔憂源於這樣一個事實：研究人員正處於一場關於紅矮星周圍行星宜居性的激烈辯論之中，紅矮星佔我們星系恆星的70%。如果圍繞這些比我們的太陽更小更冷的矮星執行的世界能夠成為生物學的良好居所，那麼充滿生命的宇宙就更有可能存在。
但紅矮星是嚴酷的宿主，它們頻繁地爆發耀斑，其中包含可能使行星表面消毒的X射線和紫外線輻射，以及能夠剝離行星保護性大氣層的高能恆星風。克雷德伯格和她的同事們在《自然》雜誌八月刊上發表的研究結果，可以被視為反對小紅矮星周圍的行星可以提供滋養環境的觀點的證據。
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近年來，天文學家宣佈了許多關於紅矮星的令人興奮的發現，例如比鄰星b，一顆可能宜居的行星，圍繞著我們太陽系最近的恆星執行，以及TRAPPIST-1系統，其中包含了驚人的七個地球大小的世界。紅矮星不僅數量眾多，而且還是壽命最長的恆星，其壽命可以跨越10萬億年——比我們的太陽長1000倍。如果生物圈在紅矮星世界中出現，它可能會持續異常長的時間。
因此，天文學家有興趣知道紅矮星的行星是否是尋找生物的好地方。“為了擁有我們所知的生命，你需要有液態水，”《自然》雜誌研究報告的共同作者、哈佛大學和史密森尼學會天體物理學中心（CfA）的天體物理學家亞伯拉罕·勒布說。“為了擁有液態水，你需要一個大氣層。”
克雷德伯格也在CfA工作，她一直有每天檢視NASA凌星系外行星巡天衛星（TESS）新結果的習慣，這是一顆在太空中執行的觀測衛星，用於尋找附近的“凌星”宿主恆星的行星——掠過這些恆星宿主的表面，並將陰影投向我們的太陽系。在TESS的首批發現中，就包括岩石世界LHS 3844 b，它距離地球僅不到49光年，克雷德伯格很快意識到，它是測試紅矮星系外行星大氣層保持能力的理想位置。
LHS 3844 b圍繞其母星的軌道非常近，僅需11個小時即可繞行一週。這種軌道或多或少保證了恆星的引力已經潮汐鎖定了這顆行星，這意味著這個世界的一側始終面向恆星。這顆系外行星的白晝面非常炎熱，而其面向太空的半球則處於寒冷之中。
雖然這顆系外行星受到的輻射是地球的70倍，但克雷德伯格表示，在這個距離上，它不一定會失去大氣層。例如，一層厚厚的二氧化碳包層可能足夠重，能夠承受來自附近恆星的轟擊。或者，這個世界可能曾經包含一片廣闊的海洋，但被強烈的星光煮沸了，這也將水分解成其組成分子。較輕的氫氣可能已經飄走了，留下純氧的大氣層。
雖然研究人員無法直接看到這顆行星，但他們使用NASA的紅外斯皮策太空望遠鏡，有效地測量了它的溫度，探測到來自其宿主恆星的熱輻射的週期性變化，這是由行星的軌道運動引起的。就像我們天空中的月球一樣，LHS 3844 b在繞其軌道執行時，會向地球上的觀測者展示不同的面貌：它輪流展示其較熱的白晝面或較冷的夜晚面，這微妙地改變了天文學家看到的來自恆星的紅外輻射量。從地球上看，這顆行星還在其軌道的一部分完全執行到恆星的後面，完全消除了其熱量，使科學家能夠確定其對恆星熱輻射的總貢獻。基於這些測量，克雷德伯格的團隊估計，這顆行星的夜晚面溫度為零下273攝氏度，而白晝面溫度為炙熱的767攝氏度。
調節大氣層的存在應該允許熱量在半球之間傳遞，從而減少這種極端情況。但計算機模型表明，只有當這顆行星的大氣層極其稀薄時，LHS 3844 b的溫差才會出現並持續存在，最多隻有地球壓力的十分之一，而且很可能根本沒有大氣層。
維也納大學的天體物理學家科林·約翰斯頓說，大量的理論工作已經暗示，由於極端環境，圍繞紅矮星執行的世界很難形成或保持重要的大氣層。約翰斯頓沒有參與這項新研究。但是，像LHS 3844 b這樣靠近恆星的行星的特徵，對於像TRAPPIST-1的世界或比鄰星b這樣離母星更遠的行星意味著什麼，還不是很清楚。
約翰斯頓說：“這是一個更多的證據，表明這些恆星不會有宜居行星，”儘管他警告不要根據單個例子做出草率的判斷。
由於LHS 3844 b遠在傳統宜居帶內——恆星周圍的一個區域，行星被星光充分加熱，以使其表面存在液態水——因此，這個零結果並沒有讓哥倫比亞大學的天文學博士候選人蒂芙尼·詹森感到不安，她也沒有參與最近的工作。
她說：“在一顆行星上發現缺乏大氣層，並不會降低宜居帶中的行星擁有大氣層的可能性。”
但勒布反駁說，紅矮星附近發生的事情與更遙遠的行星有關。他之前曾進行過理論計算，表明紅矮星容易吹走其宜居帶中系外行星的大氣層。儘管LHS 3844 b只是一個例子，並且比宜居行星更靠近其恆星，但它提供了大氣剝離發生的重要的證據。勒布說，外推法表明，更遠的地方也可能出現類似的結果。
這場討論可能會持續下去，直到天文學家能夠檢查更多的案例。即將到來的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）是一架紅外觀測臺，其鏡面的集光能力將是哈勃太空望遠鏡的6.25倍，它將在測量來自遙遠系外行星的熱量方面具有革命性的能力，克雷德伯格說。
其他團隊已經承諾在JWST的第一年使用時間來檢查TRAPPIST-1 b行星（在TRAPPIST-1系統中發現）和Gliese 1132 b行星（也圍繞紅矮星執行）的溫度。該望遠鏡目前計劃於2021年發射，屆時將有強大的30米級地面觀測臺加入，預計將在下一個十年初上線，可以進行類似的研究。
克雷德伯格最初對LHS 3844 b的失望最終消散了。“如果你是一個外星人，看著我們的太陽系，看到水星，你可能會有點沮喪，”她說，但我們的宇宙後院包含著各種各樣的大氣層。
研究人員仍在努力理解行星大氣層是如何產生的，而且還有很多未知之處。“對於每一種如何去除行星大氣層的想法，都有另一種如何保持或製造新大氣層的想法，”克雷德伯格說。“我認為這還不能算是反對者的勝利點。”