在特定岩石行星围绕M型矮星的进化过程中，发生的一系列事件导致了稳定大气层的发展。这尤其适用于位于距离其中心星较远的温带行星。
自2021年底发射以来，NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜使我们有可能在系外行星——位于我们太阳系之外的行星上探测到生命的迹象。
在这项调查中，显著的候选对象是岩石行星，而不是气体行星，它们围绕低质量的M型矮星运行，后者是在宇宙中最常见的星星。一个显著的邻近M型矮星是TRAPPIST-1，这是一颗位于约40光年外的恒星，拥有一个正在被密切研究的行星系统，以寻找超越我们太阳的生命。
早期研究对TRAPPIST-1周围行星的宜居性提出了怀疑，强调强烈的紫外线辐射可能蒸发其表面水分。这将导致干燥行星，如果水蒸气中仅有氢逃逸，可能产生大量反应性氧，这可能阻碍生命起源所需的化学反应。
最近，由华盛顿大学主导的一项研究在《自然通讯》杂志上发表，揭示了特定岩石行星围绕M型矮星进化过程中的一系列事件，使其在时间推移中形成稳定大气层。
“目前系外行星天文学中最迷人的问题之一是，围绕M型矮星运转的岩石行星是否能维持能够支持生命的大气层，”研究的主要作者、华盛顿大学地球与空间科学助理教授乔舒亚·克里桑森-托顿说。“我们的发现让我们有理由相信，这些行星中的一些确实拥有大气层，这大大增加了这些广泛星系可能孕育生命的几率。”
詹姆斯·韦伯太空望远镜灵敏度极高，能够观察一些特定的行星系统。到目前为止，数据显示，最靠近TRAPPIST-1恒星的最热岩石行星缺乏显著的大气层。然而，该望远镜尚未能有效分析那些位于“黄金锁区”的行星，即距离恒星稍远、最适合支持液态水和生命的行星。
这项新研究模拟了一颗岩石行星从熔融状态到固态的演化，历时数亿年。结果显示，虽然像氢这样的轻气体最初逃逸到太空，但距离恒星较远的行星，因为温度较低，氢与行星内部的氧和铁发生了相互作用。这一反应生成了水和其他较重的气体，随着时间的推移，形成了稳定的大气层。
研究结果还表明，对于这些位于“黄金锁区”的行星，大气中的水分相对较快地降落，降低了其逃逸至太空的机会。
“对于JWST来说，观察离恒星较近的更热行星更简单，因为它们辐射更多的热能，受恒星干扰的影响较小。对于这些行星，答案非常明确：它们没有厚的大气层，”克里桑森-托顿解释道。“这一结果特别有趣，因为这表明更温带的行星确实可能拥有大气层，应该利用望远镜对其进行仔细观察，尤其考虑到它们的宜居潜力。”
JWST尚未确定距离TRAPPIST-1恒星更远的行星是否具有大气层。如果它们具备，说明其表面可能存在液态水和适合生命的气候。
“使用包括詹姆斯·韦伯在内的现有望远镜，以及即将投入使用的大型地面望远镜，我们只能分析有限数量的位于宜居区的岩石行星大气层——具体来说就是TRAPPIST-1行星和其他几个行星，”克里桑森-托顿指出。“考虑到对寻找外星生命的广泛兴趣，我们的发现表明，将望远镜时间专注于继续利用现有技术探索这些系统的宜居性是有价值的，而不是等待未来的更先进的望远镜。”
本研究的合著者包括曾在华盛顿大学进行此研究的尼古拉斯·沃根，现在与NASA合作；来自华盛顿特区卡内基科学研究所的玛吉·汤普森；以及加州大学圣克鲁兹分校的乔纳森·福特尼。本研究得到了NASA的支持。
