行星系統TOI 700位於100光年之外的劍魚座（Dorado），是TOI 700 d的所在地。TOI 700 d是美國宇航局（NASA）凌日系外行星勘測衛星（Transiting Exoplanet Survey Satellite）發現的首個地球大小的宜居行星。
圖片來源：NASA戈達德太空飛行中心
撰文 | Meghan Bartels
翻譯 | 羅曉玥
審校 | 郭曉
在搜尋系外行星時，科學家驚喜地發現一顆類似於地球的行星。TOI 700 d是類地球行星中最新的一名成員。這顆行星由美國宇航局（NASA）的凌日系外行星勘測衛星（TESS）發現，它是一個遙遠太陽系中的三個天體之一。這顆行星並不像周圍的天體以及科學家發現的大多數行星，它的大小和地球近似，另外，它圍繞恆星公轉的距離允許其表面存在液態水。
作為一顆與地球大小相當的行星，
TOI 700 d還位於其公轉恆星的宜居帶，這對科學家來說十分重要。“我們一直想了解一個問題，生命能否在圍繞非常小的恆星運行的行星上形成？TOI 700 d的發現，讓我們向這個目標邁了一大步，”在哈佛-史密松森天體物理中心（Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics）工作的一位天文學家 Joseph Rodriguez說，“我們還遠沒有解答這個問題。可能還需要幾十年，甚至更久的時間來回答這個問題。但是，我們正朝著解決科學界一個最重要問題的方向前進。”但是，儘管十分興奮，科學家對TOI 700 d並不完全瞭解。他們知道TOI 700 d的恆星是一顆紅矮星，相比去比起其它一些恆星來說，它更加溫和。活躍的恆星會向圍繞的行星投電磁風暴和高能帶電粒子，使這些行星上無法形成生命。
“這顆恆星極其安靜，”芝加哥大學天文學研究生Emily Gilbert說，“我們利用TESS 對它進行了長達11個月的 觀察，沒有看見一點點耀斑。我們猜想，由於這顆恆星有點老了，所以在它生命的進程中更加平靜了。”
目前為止，科學家在這顆安靜恆星的周圍，已經發現了三顆行星，分別是TOI 700 b、TOI 700c 和TOI 700 d。其中，TOI 700c 和TOI 700 d的公轉軌道太靠近恆星，不適宜生命生存。但第三顆行星的公轉軌道處於恆星的宜居帶中，其中的溫度能使行星表面的水維持液態。Gilbert說：“ TOI 700 d 其實比地球更加深入宜居帶。地球本身只是勉強宜居。”
但科學家還確定了一個不理想的現象：這顆行星被恆星的潮汐鎖定，它的一個面總是面對恆星，是白天，而另一面總是夜晚。
但除這些之外，科學家對這個行星的其他特點並不瞭解。研究TOI 700 d 的科學家特別想知道一項關鍵數據：它的質量。這一數據將解釋，這顆行星在多大程度上像地球一樣是一顆岩石行星，而不是像海王星一樣，是一顆充滿氣體的行星。
由於TOI 700 d的質量數據很難測量，科學家先宣佈了他們的發現。“有儀器可以進行測量，” Rodriguez說道，“但是這樣的儀器很少，這個過程可能會持續幾年，需要多個研究團隊數百次的觀測。”科學家目前還不知道，這顆行星上是否有大氣層，這也是判斷可能存在生命的重要線索。Gilbert表示，“如果這個行星只是一團岩石，沒有生命能生活在那裡。”不幸的是，解答這個問題要比測量行星的質量更困難。
所以直到目前，科學家一直假定TOI 700 d由岩石構成，並且嘗試利用模型，建立他們對這顆行星的瞭解與生命形成之間的聯繫。戈達德太空飛行中心大學空間研究協會的訪問研究助理Gabrielle Engelmann-Suissa說，“建構模型幫助我們瞭解這顆行星的生命力，以及在多種條件下，它能多大程度地保持宜居的地表溫度。”
總之，Engelmann-Suissa和同事共運行了20個不同的模型。每個模型都採取不同的地表特徵組合，例如行星是被陸地覆蓋的，還是被水覆蓋的；大氣是像今天的地球，還是像遠古的地球或火星？
Engelmann-Suissa和同事並不知道，其中是否有模型更符合TOI 700 d的實際情況。她說：“當你模擬各種類型的行星，聽起來會有些混亂。”但是，模擬的意義並不是從中偶然發現與事實相匹配的情形。相反的，這樣做的意義在於能瞭解各種可能性，並瞭解是否能用科學儀器區分它們。
在一方面，TOI 700 d的模型都有一定的希望演化出生命。“沒有一個模型發生失控溫室效應（runaway greenhouse effect），”Engelmann-Suissa表示，“在我們研究的模型裡，沒有一箇中的海洋蒸發，這是個好兆頭。”她補充說，這些模型的全球平均氣溫相當巨大，但並沒有超出科學家設想的特別是那些頑強的生命能抵抗的極限。
在平均氣溫最高的模型中，顯示的平均表面溫度約為91℃。“對於我們人類來說，這一氣溫太高了，”Engelmann-Suissa 說，“但是因此就說那裡沒有生命並不嚴謹。”
模擬的第二個目的是為了更好地瞭解如何利用儀器來了解世界，並提供一份關於TOI 700 d的嚴格評估。目前科學家掌握的儀器，還不能通過潛在的特點來區分所有這些行星。NASA下一代主要的望遠鏡，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope），也無法進行區分，而未來大多數望遠鏡的概念設計將依賴於類似的設備。
Engelmann-Suissa 表示，“這是天文學領域裡的一大難題，能觀察這些行星的希望有些渺茫。我們確實需要對探測器進行實驗，以弄清楚怎樣才能獲得信號精度。”
然而科學家確切知道，從這個夏天開始，TESS將再一次對準TOI 700 d行星，這可能會揭開全新的、讓科學家試圖去解答謎題。“也許，我們將發現我們並不瞭解那個系統的結構，或許還存在一些另外的行星，”Rodriguez 說，“另外，雖然是一種罕見情況，但我們還會發現那一系統開始變得類似於我們的太陽系。”
“但是我們還並不知道，我認為這是真正有趣的地方，” Rodriguez 說，“我們將獲取更多的數據。目前，我們才是剛剛開始瞭解那個天體系統到底是怎樣的。”
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