当全球性事件让我们思考人类是否有能力存续时，很自然会去遐想其他世界、其他生命、其他智慧物种，以及这些其他生命是否更能在其所面临的“大过滤器”中幸存。
这些想法虽然充满幻想，但也有其理性的思考基础。首先要确定其他恒星宜居带中的哪些行星可能真的适宜居住。这始于液态水和能容纳液态水的适宜生命存在的大气层。
几年前，TRAPPIST – 1系统的发现引发了广泛关注。它包含七颗大致类似地球的行星，其中三颗或许四颗位于这颗红矮星紧凑的宜居带内。
根据一些研究，其中的TRAPPIST – 1 d行星表面，或至少部分表面可能存在水。但如果没有合适的大气层，行星无法保留表面的水。詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）的新观测显示，TRAPPIST – 1 d没有类似地球的大气层。
2022年11月，JWST用其近红外光谱仪/棱镜（NIRSpec/PRISM）仪器观测到TRAPPIST – 1 d连续两次凌星。加拿大、英国、法国和美国的研究人员分析了这些凌星数据，得出这颗有潜力的系外行星没有类似地球大气层的结论。
他们的研究结果发表在《天体物理学杂志》上，论文标题为《对温带岩石质系外地球TRAPPIST – 1 d潜在次生大气层的严格限制》。第一作者是芝加哥大学以及蒙特利尔大学系外行星研究所（IREx）的卡罗琳·皮奥莱特 – 戈拉耶布。
“虽然TRAPPIST – 1 d可能是一颗被残酷红矮星照亮的贫瘠岩石星球，但外侧行星TRAPPIST – 1 e、f、g和h可能仍拥有浓厚的大气层。”—— 共同作者、圣安德鲁斯大学的瑞安·麦克唐纳说。
“附近的TRAPPIST – 1系统，其七颗小型岩石行星围绕一颗晚型M8恒星运行，为在温带类地行星上寻找次生大气层提供了前所未有的机会，”作者在研究中写道。
“在此，我们展示了JWST两次凌星观测得到的TRAPPIST – 1 d的首个0.6 – 5.2微米近红外光谱仪/棱镜透射光谱。”
TRAPPIST – 1 d恰好位于TRAPPIST – 1宜居带的内边缘。它是透射光谱学的绝佳目标，而JWST的这些观测提供了该行星大气层的首个详细透射光谱。不幸的是，光谱是平坦的，这意味着没有可探测到的大气特征。
“最终，我们想知道类似我们在地球上享受的环境是否能在其他地方存在，以及在什么条件下存在。虽然詹姆斯·韦布空间望远镜首次让我们有能力在类地行星上探索这个问题，但目前我们可以将TRAPPIST – 1 d从潜在地球孪生星球或表亲的名单中排除，”第一作者皮奥莱特 – 戈拉耶布在新闻发布会上说。
JWST未能探测到地球大气层中存在的甲烷、二氧化碳和水等分子类型。然而，这并没有完全排除存在大气层的可能性，还有其他几种可能。
“我们没有探测到TRAPPIST – 1 d周围的大气层有几个潜在原因。它可能有极其稀薄的大气层，难以探测，有点像火星。或者，它可能有非常厚的高海拔云层，阻挡了我们对特定大气特征的探测 —— 更像金星。又或者，它可能是一颗贫瘠的岩石星球，根本没有大气层，”皮奥莱特 – 戈拉耶布说。
研究TRAPPIST – 1 d及其大气层不仅仅是为了排除其宜居性，还涉及更大的科学探索。
红矮星，或M矮星，比如TRAPPIST – 1很常见，可能是银河系中数量最多的恒星类型。已知它们拥有一些岩石星球，我们有理由好奇这些星球上是否存在生命。
但红矮星也以剧烈耀斑活动著称，TRAPPIST – 1也不例外。它每隔几天就会发生耀斑，每年会发出四到六次超级耀斑。这种强烈的耀斑活动可能会破坏任何行星大气层，使TRAPPIST – 1的行星无法居住。
然而，关于红矮星耀斑和宜居性存在相当大的不确定性。一些研究表明，面对来自恒星的日冕物质抛射，行星无法保留大气层。
但至少有可能其中一些行星能够保留它们的大气层。例如，强大的行星磁场可以为抵御恒星耀斑提供保护屏障。JWST为理解红矮星耀斑对大气层的影响开辟了一条道路。
“韦布的灵敏红外仪器首次让我们能够深入研究这些更小、更冷的行星的大气层，”蒙特利尔大学IREx的比约恩·本内克说，他是该研究的共同作者。
“我们才刚刚开始使用韦布寻找类地行星的大气层，并界定哪些行星能够保留大气层，哪些不能。”
JWST光谱中的唯一特征归因于恒星污染，而非大气吸收。“我们精确的透射光谱完全可以仅用恒星污染来解释，因此使我们能够排除在广泛的潜在大气金属丰度范围内无云或浓厚大气层的情况，”作者写道。
低分子量的大气层更难被行星保留，这些观测排除了那些以氢为主的大气层类型。观测也排除了像金星或泰坦那样更浓厚的大气层。
剩下的只有极薄的、不太可能支持宜居性的大气层，或者由高云层主导、对JWST掩盖分子吸收特征的大气层。但该研究实际上排除了这些可能性。
“因此，我们得出结论：（1）我们的透射光谱排除了浓厚无云富氢大气层；（2）考虑到TRAPPIST – 1 d在恒星辐射下的形成和演化，稀薄富氢的替代情况也极不可能；（3）如果TRAPPIST – 1 d大气层金属丰度低，预计不会形成高海拔云层或霾，”研究人员解释说。
这项研究几乎肯定将TRAPPIST – 1 d从可能宜居、支持水存在...
“我们的观测还不能完全排除文献中预测的TRAPPIST – 1 d其他潜在大气层情况，”作者解释说，并指出其他涉及气候模型的研究暗示，这颗潮汐锁定的行星可能在其明暗交界线形成高海拔水云，阻挡大气吸收信号。
但该系统中的其他行星呢？
“TRAPPIST – 1行星周围的大气层并非全无希望，”皮奥莱特 – 戈拉耶布说。“虽然我们在d行星上没有发现明显的大气特征，但外侧行星仍有可能保留大量的水和其他大气成分。”
然而，外侧行星不像d行星那样是引人关注的科学目标。它们离恒星更远，温度更低。即使是JWST强大的仪器在这种条件下也面临困难。虽然没有这些行星的详细光谱，但研究人员还是得出了一些结论。
“我们发现，即使TRAPPIST – 1 d的大气层完全消失，也不排除外侧宜居带行星TRAPPIST – 1 e、f和g存在大气层的可能性，”作者在结论中写道。与内侧行星相反，这些外侧行星有可能保留住它们的水，“即使它们最初只吸积了几个地球海洋量的挥发物”。
“我们的探索才刚刚开始。虽然TRAPPIST – 1 d可能被证明是一颗被残酷红矮星照亮的贫瘠岩石星球，但外侧行星TRAPPIST – 1 e、f、g和h可能仍拥有浓厚的大气层，”论文共同作者瑞安·麦克唐纳补充说，他现在英国圣安德鲁斯大学，之前在密歇根大学。
“多亏了韦布，我们现在知道TRAPPIST – 1 d远非一个宜居世界。我们正在认识到地球在宇宙中更加独特。”
作为人类，意味着见证人类最伟大、最辉煌的成就与团结时刻，但也见证我们彼此间堕落的行为。
有思想的人必然会好奇是否存在其他有生命的世界。每颗潜在宜居的星球都是一丝希望，让人们觉得带着种种挣扎的人类并非宇宙中唯一的智慧物种。
如果我们仰望天空，看向系外行星，希望从中找到人类困境的某种解脱，TRAPPIST – 1 d无法提供。如果这项研究正确，它已从充满希望的系外行星名单中被剔除。
继续寻找下一个吧。