在附近恆星的宜居帶上發現了地球大小的行星

2023-04-02 02:38:33 1

引言:本文簡要介紹了TOI-700星及其3顆行星，並說明了液態水對宜居性的重要性。科學家已經建立了模型來預測這顆恆星可能的氣候。藝術家對恆星可居住區外行星的印象

一群來自美國宇航局研究其他恆星周圍行星的系外行星天文學家與我聯繫，召開了一次秘密會議，告訴我一個他們感興趣的行星。因為我的專業領域是模擬系外行星的氣候，他們要求我確定這顆新行星是否是液態水可能存在的適宜居住的地方。

這些美國宇航局的同事，喬希·施洛德和他的學生艾米麗·吉爾伯特，湯姆·巴克利和伊莉莎·金塔納，在研究TESS(系外行星凌星巡天衛星)的數據時，發現這可能是TESS的第一顆在表面觀測到液態水的地球大小的行星。這是一個令人興奮的消息，因為這顆新行星離地球相對較近，它的大氣層將通過詹姆斯·韋伯太空望遠鏡或大型地面望遠鏡進行觀測。

可居住帶行星

吉爾伯特的研究小組發現，該行星的主星被稱為系外行星凌星天空勘測衛星興趣星700，或TOI-700與太陽相比，他是一顆又小又暗的恆星，大小只有太陽的40%，亮度只有太陽的1/50，位於距離地球100光年的箭魚星座，可以在我們的南半球觀察到相對而言，最近的恆星，半人馬座比鄰星，距離地球4.2光年。要了解這些距離，最快的宇宙飛船(帕克太陽探測器)要花將近20，000年才能到達比鄰星在

TOI-700附近有三顆行星:b、c和d行星D與地球大小相同，位於恆星的可居住區。它每37天繞TOI-700軌道運行一次。我的同事們希望我能利用已知的恆星和行星的特徵為d星建立一個氣候模型行星b和c的大小分別是地球和迷你海王星。然而，它們的軌道更靠近主星，它們接收的星光是我們星球從太陽接收的5倍和2.6倍。相比之下，金星表面乾燥炎熱，溫度約為華氏860度，接收的陽光是地球的兩倍

直到大約十年前，天文學家在可居住區只知道兩個不同大小的行星:地球和火星然而，在過去的十年裡，天文學家通過地面望遠鏡和克卜勒計劃已經發現了大約12顆地球大小的外行星(他們也在尋找2009年到2019年的外行星，但是現在已經退休了)它們位於宿主恆星的可居住區，大小從地球的一半到兩倍不等。

儘管迄今為止發現的小型系外行星數量相對較大，但大多數恆星距離地球600到3000光年——太遠太暗，無法進行詳細的後續觀測。

為什麼液態水對宜居性很重要？

不同於克卜勒。苔絲的任務是找到離太陽最近的行星:足夠亮，可以進行後續觀察。

|自1992-018年4月以來，TESS已經觀測到1500多顆候選行星大多數是地球的兩倍大，一周不到十天就能繞地球運行。然而，地球繞太陽一周需要365天。因此，這些行星從太陽獲得的熱量比地球多得多，對於液態水在其表面存在來說太熱了。

液態水對存活率至關重要它為化學反應提供了媒介儘管外星生命可能存在於高壓或高溫下，如在水和火噴口附近發現的極端微生物或在南極西部冰蓋下半英裡處發現的微生物人類已經能夠直接探測到這些極端環境，所以這些發現是可能的，但是這些外星生命在太空中是找不到的。

在太陽系外尋找生命或宜居環境時，人類完全依賴於遠程觀測地表的液態水創造了一個適宜居住的環境，並可能推動生命向前發展。這些生命形式隨後與它們上面的大氣相互作用，產生出可以被地球上的望遠鏡遠程探測到的生命特徵。這些特徵可能是陸地氣體成分(氧氣、臭氧、甲烷、二氧化碳和水蒸氣)，或者是27億年前古地球的氣體成分(主要是甲烷和二氧化碳，沒有氧氣)

我們知道發生過這種事情的一個星球是地球。因此，天文學家的目標是找到地球大小的行星，在一定軌道上圍繞恆星運行，表面有液態水。這些行星將成為我們探索太陽系外可居住世界和生命特徵的主要目標。

TOI 700系統的三顆行星圍繞一顆小而冷的m矮星運行。TOI-700d是苔絲在可居住區發現的第一顆地球大小的行星。行星

TOI-700D

的可能氣候為了確定行星D在TOI-700周圍的存在，吉爾伯特的研究小組需要通過其他望遠鏡觀測到的數據來證實它當恆星的亮度變弱時，苔絲在行星穿過恆星之前就能探測到它們。然而，這種亮度減弱也可能是由儀器噪聲產生的假活動信號或其背後雙星系統的相互屏蔽造成的。哈佛大學天體物理中心的喬伊·羅德裡格斯進行了獨立觀察羅德裡格斯和他的團隊證實了泰絲通過斯皮策望遠鏡觀測到的TOI-700d行星的存在

我的學生加布裡埃爾·恩格爾曼-索薩和我用我們的建模軟體確定了TOI-700d行星上可能的氣候類型因為我們還不清楚地球大氣中可能存在的氣體類型，所以我們使用氣候模型來分析支持海洋表面存在的氣體成分。在我的長期合作者埃裡克·沃爾夫(Eric Wolff)的幫助下，恩格爾曼-索薩測試了各種大氣成分，包括地球大氣的當前成分(77%的氮，21%的氧，甲烷和二氧化碳)，27億年前地球大氣的成分(主要是甲烷和二氧化碳)，甚至35億年前火星上可能存在的大氣成分(大量二氧化碳)

根據我們的模型，我們發現如果行星TOI-700d的大氣中含有甲烷、二氧化碳或水蒸氣，它可能是一個適合居住的行星。現在我們的團隊需要通過詹姆斯·韋伯太空望遠鏡來證實這些假設。