美国宇航局行星猎人发现的地球大小的可居住区域世界[视频]

时间：2022-01-11 12:58:01来源：

TOI 700是位于多拉多（Dorado）星座100光年外的行星系统，是TOI 700 d的所在地，TOI 700 d是美国国家航空航天局（NASA）的过渡系外行星调查卫星发现的第一个地球大小的可居住区行星。

美国国家航空航天局（NASA）的运输系外行星调查卫星（TESS）在其恒星可居住区域发现了第一颗地球大小的行星，该距离范围的条件可能恰好允许在地面上存在液态水。科学家使用NASA的Spitzer太空望远镜确认了这个名为TOI 700 d的发现，并且对地球的潜在环境进行了建模，以帮助为将来的观测提供依据。

迄今为止，TOI 700 d是在恒星的宜居区域中发现的仅有少数几个地球大小的行星之一。其他还包括TRAPPIST-1系统中的几颗行星以及NASA开普勒太空望远镜发现的其他行星。

“ TESS的设计和发射是专门为寻找绕着附近恒星运行的地球大小的行星而设计的，”位于华盛顿的NASA总部的天体物理学负责人Paul Hertz说。“附近恒星周围的行星最容易被太空和地球上的大型望远镜跟踪。发现TOI 700 d是TESS的一项关键科学发现。与斯皮策确认行星的大小和宜居区域的状态对斯皮策来说是又一个胜利，因为它将于今年1月接近科学运作的结束。”

TESS一次连续监视27天的大片天空（称为扇区）。从我们的角度来看，这种长距离凝视使卫星能够跟踪由于恒星在其恒星前横越轨道而引起的恒星亮度变化，这一事件称为过境。

TOI 700是一颗矮小，凉爽的M矮星，位于南部多拉多星座，距我们只有100光年。它大约是太阳质量和大小的40％，大约是其表面温度的一半。这颗恒星出现在任务第一年观测到的TESS的13个扇区中的11个中，科学家们通过它的三个行星进行了多次过境。

TOI 700 d的图示基于针对海洋覆盖型行星的几种模拟环境。

这颗恒星最初在TESS数据库中被错误归类为与我们的太阳更相似，这意味着这些行星看上去比实际的更大，更热。与TESS小组成员一起工作的一名高中生Alton Spencer等几位研究人员发现了该错误。

芝加哥大学的研究生艾米丽·吉尔伯特（Emily Gilbert）说：“当我们修正了恒星的参数时，其行星的大小减小了，我们意识到最外层的行星大约与地球的大小相同，并且位于宜居区域。”“此外，在11个月的数据中，我们没有看到恒星产生耀斑，这增加了TOI 700 d可居住的机会，并使对大气和地面状况的建模变得更加容易。”

吉尔伯特和其他研究人员在火奴鲁鲁举行的美国天文学会第235次会议上介绍了这些发现，并且三篇论文（吉尔伯特领导的其中一篇论文）已提交给科学期刊。

最里面的行星称为TOI 700 b，几乎与地球大小一样，可能是岩石，每10天完成一次轨道。中间行星TOI 700 c每16天绕地球运行2.6圈，是地球的2.6倍，介于地球和海王星的大小之间。TOI 700 d是该系统中最外层的行星，也是居住区中唯一的一颗行星，其测量的距离比地球大20％，每37天绕轨道旋转，并从其恒星接收太阳向地球提供的86％的能量。人们认为所有行星都被潮汐锁定在其恒星上，这意味着它们每个轨道旋转一次，以使一侧在日光下不断沐浴。

马萨诸塞州剑桥天体物理学中心的哈佛与史密森尼大学天文学家约瑟夫·罗德里格斯（Joseph Rodriguez）领导的一组科学家要求对斯皮策进行后续观察，以确认TOI 700 d。

罗德里格斯说：“鉴于这项发现的影响-它是TESS的第一个可居住区地球大小的星球-我们确实希望我们对这个系统的理解尽可能具体。”“ Spitzer完全按照我们的预期看到了TOI 700 d的运输。这是对任务传承的极大补充，该任务有助于确认TRAPPIST-1的两颗行星，并确定另外五颗。”

Spitzer的数据提高了科学家对TOI 700 d是真实行星的信心，并且使他们的轨道周期测量值提高了56％，其大小的测量值提高了38％。它还排除了传输信号的其他可能的天体物理原因，例如系统中存在更小，更暗的伴星。

罗德里格斯和他的同事们还使用了全球Las Cumbres天文台网络中一米长的地面望远镜的后续观测结果，将科学家对TOI 700 c的轨道周期和大小的信心分别提高了30％和36％。

由于TOI 700明亮，在附近且没有星状耀斑的迹象，因此该系统是当前地面观测站进行精确质量测量的首选。这些测量结果可以证实科学家的估计，即内行星和外行星都是岩石的，而中行星是由气体制成的。

未来的任务也许能够确定行星是否有大气，如果有的话，甚至可以确定它们的成分。

尽管TOI 700 d的确切条件尚不清楚，但科学家可以利用当前信息（例如行星的大小和它运行的恒星的类型）来生成计算机模型并进行预测。位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的研究人员对TOI 700 d的20种潜在环境进行了建模，以评估是否有任何版本会导致表面温度和压力适于居住。

他们的3D气候模型检查了通常与科学家认为是潜在宜居世界相关的各种地表类型和大气成分。由于TOI 700 d在潮汐作用下被锁定在恒星上，因此地球的云层和风型可能与地球截然不同。

一种模拟包括海洋覆盖的TOI 700 d，它具有致密的，以二氧化碳为主导的大气，类似于科学家怀疑火星年轻时包围的大气。模型大气在面向恒星的一面包含一层深层的云层。另一个模型将TOI 700 d描述为现代地球的无云，全地版本，风从行星的夜侧流走，并会聚在直接面对恒星的点上。

当星光穿过行星的大气层时，它会与二氧化碳和氮等分子相互作用，产生不同的信号，称为光谱线。由大学空间研究协会高加德访问学者Gabrielle Engelmann-Suissa领导的建模团队为TOI 700 d的20个建模版本生成了模拟光谱。

“总有一天，当我们拥有来自TOI 700 d的真实光谱时，我们可以回溯，将其与最接近的模拟光谱匹配，然后将其与模型匹配，” Englemann-Suissa说。“这令人兴奋，因为无论我们对地球有什么了解，它看起来都将与我们在地球上拥有的东西完全不同。”

TESS是由麻省理工学院在马萨诸塞州剑桥市领导和运营的一项NASA天体物理学探索者任务，由NASA的戈达德太空飞行中心进行管理。其他合作伙伴包括位于弗吉尼亚州福尔斯彻奇的诺斯罗普·格鲁曼公司；美国国家航空航天局位于加利福尼亚硅谷的艾姆斯研究中心；位于马萨诸塞州剑桥市的哈佛-史密森天体物理学中心；麻省理工学院的林肯实验室；和巴尔的摩的太空望远镜科学研究所。全世界有十多所大学，研究机构和天文台参加了这次任务。

加利福尼亚州帕萨迪纳市的喷气推进实验室负责为美国国家航空航天局（NASA）在华盛顿的科学任务委员会管理Spitzer太空望远镜的任务。科学操作是在帕萨迪纳市Caltech的Spitzer科学中心进行的。太空业务总部设在科罗拉多州利特尔顿的洛克希德·马丁太空公司。数据存储在位于Caltech的IPAC的红外科学档案中。加州理工学院为NASA管理JPL。

建模工作由Goddard的Sellers系外行星环境合作组织资助，这是一个多学科的合作，汇集了专家来构建全面而复杂的计算机模型，以更好地分析当前和将来的系外行星观测结果。