據消息稱，美國國家航空航天局(NASA)的凌日系外行星勘測衛星(TESS)在其觀測的主恆星的宜居帶發現了第一顆地球大小的行星。斯皮策太空望遠鏡證實了這一發現。這顆行星是迄今為止發現的幾個地球大小的宜居星球之一。
這顆行星被稱為TOI 700d，距離地球約100光年。它圍繞著多拉多星座中一顆冷的m -矮星(紅矮星)TOI 700運行。這對TESS來說是一個關鍵的發現，因為它的設計初衷就是在其他太陽系中搜尋地球大小的行星。
按照天文學的命名慣例，TOI 700d是距其恆星第四遠的行星。字母b和c是離恆星較近的行星。TOI 700d位於TOI 700恆星的宜居帶內，在適當的大氣和壓力條件下，液態水可能存在於這顆行星的表面。最裡面的兩顆行星，TOI 700b和c，由於離恆星太近，不可能有液態水。
TESS通過連續27天監測一大片天空來發現行星的存在。當一顆系外行星從我們和恆星之間經過時，它能探測到星光的下降。每一顆行星從它的恆星前面經過，這叫做凌日。在這種情況下，TESS抓住了TOI 700系統中的三顆行星多次凌日，由此發現了這顆什麼的星球。
NASA華盛頓總部天體物理學部門主任保羅·赫茲(Paul Hertz)說:「TESS的設計和發射是專門用來尋找地球大小的行星圍繞附近的恆星運行。」「在太空和地球上，用更大的望遠鏡追蹤附近恆星周圍的行星是最容易的方法。因此對苔絲來說，發現TOI 700d是一個關鍵的科學發現。斯皮策太空望遠鏡確認了這顆行星的大小和適居帶的狀態，這是斯皮策太空望遠鏡在今年1月科學實驗接近尾聲時取得的又一次勝利。」
主恆星TOI 700是一顆小而冷的m -矮星(紅矮星)，大約是太陽質量的40%。TESS研究的區域稱為扇區，在TESS運行的第一年，TOI 700出現在多個扇區內。起初，天文學家錯誤地認為這顆恆星與我們的太陽更相似。這反過來又使行星看起來更大更熱。最終，這個錯誤被糾正了，現在天文學家可以看到TOI 700d處於宜居帶。
「當我們修正了這顆恆星的參數後，它的行星尺寸減小了，我們意識到最外層的行星與地球差不多大，處於宜居地帶，」研究人員之一、芝加哥大學(University of Chicago)的研究生艾米麗吉爾伯特說。
圍繞紅矮星運轉的系外行星有一個問題，那就是它們會發光。紅矮星壽命很長，這使它們成為其行星上生命發展的有趣候選者。但它們可以表現出明顯的燃焰現象，有時在幾分鐘內就能將能量輸出增加一倍，這在它們的行星是否適合居住的問題上引發了大量爭論。但是根據吉爾伯特的研究，TOI 700d並沒有表現出燃除活動。
紅矮星可以產生大量的燃除活動，這對它們的行星的宜居性造成了影響。
「此外，在11個月的數據中，我們沒有看到來自這顆恆星的耀斑，這增加了TOI 700d適合居住的機會，並使其更容易建立其大氣和表麵條件的模型，」吉爾伯特說。
圍繞紅矮星運行的系外行星的另一個問題是潮汐鎖定。因為紅矮星產生的能量比太陽這樣的恆星要少得多，所以行星必須離紅矮星非常近才能處於宜居帶。但這種接近會導致潮汐鎖定，這可能會減少可居住的可能性。根據這項工作背後的團隊，他們在美國天文年會上提出，這些行星幾乎肯定是潮汐鎖定的。
斯皮策太空望遠鏡(Spitzer Space Telescope observatory)在繞太陽軌道運行時落在地球後面。它證實了對TOI 700d及其鄰近地區的後續觀測。
最裡面的行星，TOI 700b，大小和地球差不多，每10天繞地球一周。中間這顆行星，TOI 700c，比地球大2.6倍，每16天繞一圈。TOI 700c可能是一個由天然氣主導的世界。TOI 700d大約比地球大20%，完成一個軌道需要37天。
由於這一發現的重要性——可居住帶中第一個與地球大小相當的世界——科學家們想要確定這一點。由於這種確定性的需要，來自哈佛和史密森尼天體物理|中心的約瑟夫·羅德里格斯領導的一個科學家團隊，要求用斯皮策進行後續觀測，以確認TOI 700d。
這並不是NASA的斯皮策太空望遠鏡第一次被用來證實發現了一顆系外行星，斯皮策望遠鏡成功地發現了它。斯皮策有力地證實了苔絲的發現。它證實了這次凌日實際上是一顆行星，而不是一顆更小、更暗的伴星。斯皮策還改進了苔絲測量結果的可信度。NASA在一份新聞稿中說，斯皮策「將其對軌道周期的測量值提高了56%，其大小提高了38%。」一架1米長的小型地面望遠鏡進行了更多的後續觀測，進一步證實了這一發現。
但即使有了這些觀測，天文學家們仍處於研究這顆行星及其系統的早期階段。由於它的鄰近，天文學家將能夠使用地面望遠鏡更精確地研究700d的質量，並有希望確認系統中所有三顆系外行星的類地或氣態性質。
展望未來，未來的望遠鏡——無論是地面望遠鏡還是太空望遠鏡——應該能夠更深入地研究這些行星，甚至可能確定它們的大氣成分。但那是將來的事。目前，天文學家所掌握的信息是有價值的:它可以用來模擬行星並做出預測。
美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心的研究人員已經建立了20個700d太空潛在環境的模型，以觀察什麼樣的壓力和溫度條件會導致適合居住。但無論他們的模型是什麼，無論未來的後續觀測結果是什麼，大約在公元700年，它很可能與地球非常不同。一個潮汐封閉的世界將會有截然不同的天氣和氣候。
「這很令人興奮，因為不管我們對這個星球發現了什麼，它都將與我們在地球上看到的完全不同。」
這些模型對於理解像TOI 700d這樣的系外行星有著重要的作用。通過對行星的大氣建模，天文學家可以預測大氣光譜。這些模型可以與我們得到的實際光譜進行比較，從而為天文學家進一步了解系外行星提供一個起點。未來，詹姆斯韋伯太空望遠鏡將提供更多關於TOI 700d和其他系外行星的數據。它將提供研究地球大小的外行星光譜所需的靈敏度和靈敏度。
「有一天，當我們擁有來自TOI 700d的真實光譜時，我們可以回溯，將它們與最接近的模擬光譜匹配，然後將其與模型匹配，」Goddard的研究助理Gabrielle Engelmann-Suissa說，她是建模團隊的領導者。「這很令人興奮，因為不管我們對這個星球發現了什麼，它都將與我們在地球上看到的完全不同。」
建模團隊為700天製作了20個不同的模型。在一次模擬中，這顆系外行星有一個密度大、以二氧化碳為主的大氣層，類似於年輕的火星。在那個模型中，面向恆星的一面有一層厚厚的雲。在另一個模型中，這顆行星是一個全陸地版的地球，無雲，風從這顆行星的夜側吹來，匯聚在恆星一側。
目前苔絲已經完成了兩年的尋找系外行星的任務。天文學家預計TESS將發現1萬顆行星，他們估計其中大約10顆可能與地球類似，位於太陽等恆星的宜居帶，期待未來更多的發現。