美国宇航局卡拉·科菲尔德 这张图片展示了trapist-1系统中七颗岩石系外行星的三种可能的内部结构，基于对行星密度的精确测量
总的来说，特拉普斯特一号星球的密度非常相似，这表明它们可能拥有相同比例的普通行星形成元素
行星的密度略低于地球或金星，这可能意味着它们含有少量的铁(一种高密度物质)，或更多的低密度物质，如水或氧
在第一个模型(左)中，行星的内部是由铁和较轻的元素混合而成的，比如氧
地球和我们太阳系中的其他岩石行星没有坚固的铁芯
第二个模型显示了一个类似于地球的整体组成，其中密度最大的物质已经沉降到了行星的中心，形成了一个比例上小于地核的富铁核
第三幅图显示了一种变化，一个更大、密度更大的核心可能被地球表面广阔的低密度海洋所平衡
然而，这种情况只能应用于trapist-1系统的外四行星
在内三颗行星上，任何海洋都会因其恒星附近的较高温度而蒸发，因此需要不同的成分模型
由于所有七颗行星的密度都非常相似，因此更有可能的是，所有行星都具有相似的体积组成，这使得第四种情况不太可能出现，但也不排除这种可能性
trapist-1系统对系外行星的高精度质量和直径测量使天文学家能够在系外行星研究中以前所未有的精度计算出这些世界的总密度
密度测量是确定系外行星组成和结构的关键第一步，但必须通过行星结构的科学模型来解释
信用:美国航天局/JPL-加州理工学院 红矮星特拉普斯特-1是单个恒星系统中发现的最大的大约地球大小的行星群的所在地
位于大约40光年之外，这七个岩石兄弟提供了一个可能充满宇宙的各种行星系统的例子
今天发表在《行星科学杂志》上的一项新研究表明，特拉皮特一号行星具有非常相似的密度
这可能意味着它们都含有大约相同比例的被认为构成大多数岩石行星的物质，如铁、氧、镁和硅
但是如果是这样的话，这个比例一定和地球的有显著的不同:trapist-1行星的密度比它们与我们的母星相同的情况下要低8%
基于这个结论，论文作者假设几种不同成分的混合物可以给trapist-1行星测量的密度
其中一些行星在2016年就已经为人所知，当时科学家宣布，他们在智利使用凌日行星和小行星望远镜(TRAPIST)发现了三颗围绕TRAPIST-1恒星的行星
美国宇航局现已退役的斯皮策太空望远镜与地面望远镜合作，随后的观测证实了两颗原始行星，并发现了另外五颗
由位于南加州的美国宇航局喷气推进实验室管理，斯皮策在2020年1月退役前观察了该系统1000多个小时
美国宇航局的哈勃和现已退役的开普勒太空望远镜也对该系统进行了研究
所有七颗距离恒星如此之近，以至于可以放在水星轨道内的行星都是通过中天法发现的:科学家们无法直接看到行星(它们相对于恒星来说太小、太暗)，所以他们寻找行星穿过恒星前方时产生的恒星亮度下降
这张图表展示了7颗trapist-1系外行星(标记为b到h)的测量属性，显示了它们如何相互叠加，以及如何叠加到地球和我们太阳系中其他内部岩石世界上
行星的相对大小用圆圈表示
所有已知的trapist-1行星都比火星大，其中5颗在地球直径的15%以内
两个行星系统对应的“可居住区”，即类地行星可能在其表面支持液态水的区域，显示在图的顶部附近
这两个区域之间的偏移是由于较冷的特拉普斯特-1星以红外辐射的形式发射出更多的光，这些光被类地大气层更有效地吸收
由于达到同样的温度需要较少的光照，因此可居住区会远离恒星
trapist-1行星的质量和密度是通过仔细测量它们的轨道时间的微小变化来确定的，这些测量使用了美国国家宇宙航空研究开发机构的斯皮策和开普勒空间望远镜所做的深入观察，并结合了来自哈勃和一些地面望远镜的数据
最新的分析，包括斯皮策超过1000小时的trapist-1观测的完整记录，已经把质量测量的不确定性降低到仅仅2-3%
到目前为止，这些是太阳系以外对行星质量最精确的测量
信用:美国航天局/JPL-加州理工学院 对星光下降的重复观测结合对行星轨道时间的测量，使天文学家能够估计行星的质量和直径，进而用来计算它们的密度
先前的计算确定，这些行星的大小和质量大致相当于地球，因此也一定是岩石的，或者是陆地的——而不是像木星和土星那样以气体为主
这篇新论文为太阳系以外的任何一组系外行星提供了迄今为止最精确的密度测量
铁的统治 科学家对一颗行星的密度了解得越精确，他们就越能限制它的组成
想想看，一个镇纸可能和一个棒球差不多大，但通常要重得多
宽度和重量共同揭示了每个物体的密度，由此可以推断棒球是由较轻的东西(绳子和皮革)制成的，而镇纸是由较重的东西(通常是玻璃或金属)制成的
我们太阳系八大行星的密度差异很大
膨胀的、以气体为主的巨行星——木星、土星、天王星和海王星——比四个地球行星更大，但密度要小得多，因为它们主要由氢和氦等较轻的元素组成
即使是四个地球世界，它们的密度也有所不同，这是由行星的组成和行星自身重力造成的压缩决定的
通过减去重力的影响，科学家可以计算出行星的未压缩密度，并有可能了解更多关于行星组成的信息
七颗trapist-1行星拥有相似的密度——其值相差不超过3%
这使得这个系统与我们的大不相同
特拉普斯特一号行星与地球和金星之间的密度差异可能看起来很小——约为8%——但在行星尺度上是显著的
例如，解释特拉普斯特1号行星密度较低的一个方法是，它们的成分与地球相似，但铁的含量较低——根据研究，铁的含量约为21%，而地球的铁含量为32%
或者，特拉普斯特-1行星上的铁可能被注入高浓度的氧气，形成氧化铁或铁锈
额外的氧气会降低行星的密度
火星表面的红色来自氧化铁，但像它的三个地球兄弟一样，它有一个由未氧化的铁组成的核心
相比之下，如果trapist-1行星的密度较低完全是由氧化铁造成的，那么这些行星将会完全生锈，不能有坚固的铁芯
华盛顿大学的天体物理学家埃里克·阿戈尔是这项新研究的主要作者，他说，答案可能是两种情况的结合——总体上减少铁和一些氧化铁
该小组还研究了每颗行星的表面是否会被水覆盖，水甚至比铁锈还轻，这将改变行星的整体密度
如果是这样的话，水将会占到外四行星总质量的5%
相比之下，水只占地球总质量的不到十分之一
因为它们离恒星太近，在大多数情况下水不能保持液态，所以三颗内行星需要像金星这样的热而致密的大气层，这样水就可以以蒸汽的形式附着在行星上
但是阿戈尔说，这种解释似乎不太可能，因为所有七颗行星都刚好有足够的水来达到如此相似的密度，这将是一个巧合
苏黎世大学的天体物理学家卡罗琳·多恩是这篇论文的合著者之一，她说:“夜空中布满了行星，直到最近30年，我们才开始揭开它们的神秘面纱。”
“trapist-1系统非常吸引人，因为在这颗恒星周围，我们可以了解到单个系统中岩石行星的多样性
事实上，我们也可以通过研究一个星球的邻居来了解更多，所以这个系统非常适合这个
"
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