简介：本文简单地介绍了TOI-700恒星及其3颗行星的概况，并解释了液态水对宜居与否的重要性。科学家通过建立模型来推测此恒星可能存在的气候。
一个艺术家对恒星宜居带上的系外行星的印象。
美国宇航局一组研究其他恒星周围行星的系外行星天文学家联系我参加一个保密会议，告诉我一个引起他们兴趣的行星。因为我的专业领域在于模拟系外行星的气候，他们让我确定这颗新行星是否是适合居住且可能存在液态水的地方。
这些美国宇航局的同事，乔希·施利德和他的学生艾米莉·吉尔伯特、汤姆·巴克利和埃莉莎·昆塔纳，在研究TESS（系外行星凌星巡天卫星）的数据时，发现了可能是TESS第一个观测到的地球大小的行星，其表面可能存在液态水。这是令人振奋的消息，因为这个新行星离地球相对较近，通过詹姆斯韦布空间望远镜或地面大型望远镜或将观测到它的大气层。
宜居带上的行星
吉尔伯特的研究小组发现的行星的寄主星被称为系外行星凌星巡天卫星的兴趣恒星700号，或TOI-700。与太阳相比，他是个既渺小又黯淡的恒星，是太阳40%的大小，大约仅有太阳1/50的亮度，位于剑鱼星座里距地球100光年的位置，在我们南半球可以观测到。相对而言，离我们最近的恒星，比邻星距离地球4.2光年。要了解这些距离，如果你搭乘最快的宇宙飞船（帕克太阳探测器）抵达比邻星需要将近2万年的时间。
TOI-700周围有三颗行星：b、c和d。行星d与地球同等大小，位于该恒星的宜居带上，每37天绕TOI-700运行一周。我的同事们希望我能利用恒星和行星已知的特性为恒星d建立一个气候模型。行星b和c的大小分别为地球大小和迷你海王星大小。然而，它们的轨道离主星更近，接收到的星光是我们地球从太阳接收到的星光的5倍和2.6倍。作为对照，表面干热、温度约为860华氏度的金星，接收到的太阳光是地球的两倍。
直至大约十年前，天文学家们仅知道宜居带上两颗大小不一的行星：地球与火星。然而，在过去的十年中，由于地面望远镜和开普勒计划（2009年至2019年也在寻找系外行星，但目前已退役），天文学家们发现了大约12颗地球大小的系外行星。他们位于其寄主星宜居带上，体积是地球的一半到两倍大小不等。
尽管迄今为止发现的小型系外行星数量相对较多，但大多数恒星距离地球的距离都在600到3000光年之间——太远太暗以致于无法进行详细的后续观测。
为什么液态水对宜居性很重要？
不同于开普勒，TESS的任务是寻找太阳周围最近的行星：足够明亮以便后续观测。
2018年4月至今，TESS观测到1500多颗候选行星。大多数的大小是地球的两倍，绕轨运行一周少于十天。而地球绕太阳运行一周需365天。因此，这些行星从太阳获得的热量明显比地球多很多，太热以至于液态水无法在其表面存在。
液态水对宜居性至关重要。它为化学物质相互作用提供了媒介。虽然外星生命可能存在于高压或高温下，比如在水火喷口附近发现的极端微生物或在南极西部冰盖下半英里处发现的微生物。人类已经能够直接探测到这些极端环境，所以这些发现是可能的，但却不能在太空中发现这些外星生命。
当要寻找太阳系以外的生命或宜居环境时，人类完全依赖于远程观测。表面的液态水会创造宜居环境，有可能推动生命出现。然后这些生命形式与其上的大气相互作用，出现地球上的望远镜可以远程探测到的生命特征。这些特征可能是类地气体成分（氧气、臭氧、甲烷、二氧化碳和水蒸气），或是27亿年前古代地球的气体成分（主要是甲烷和二氧化碳，没有氧气）。
我们知道一个已经发生过这种事情的行星，就是地球。因此，天文学家的目标是找到与地球差不多大小，循着某一轨道绕恒星运行，且其表面上有液态水存在的行星。这些行星将成为我们探索太阳系外宜居世界和生命特征的主要目标。
TOI 700系统的三颗行星围绕一颗小而冷的M型矮星运行。TOI-700d是TESS在宜居带上发现的第一个地球大小的星球。
TOI-700d行星的可能气候
为了确定TOI-700周围的d行星真的存在，吉尔伯特的研究团队需要通过其他望远镜观测到的数据来确认。TESS在行星穿过恒星前时进行探测，此时恒星的光亮变弱。然而，这种光亮变弱也可能由仪器杂讯或其背后的双星系统相互遮蔽所产生的假性活跃信号。哈佛大学天体物理中心的乔伊·罗德里格斯进行了独立观测。罗德里格斯及其团队通过斯皮策望远镜证实TESS所观测到的TOI-700d行星真实存在。
我和我的学生加布里埃尔·恩格尔曼-苏萨使用我们的建模软件来确定TOI-700d行星上可能出现的气候类型。因为我们还不清楚该行星的大气层中可能存在的气体类型，我们利用气候模型分析其表面支持海洋存在的气体成分。恩格尔曼-苏萨在我的长期合作者艾瑞克·沃尔夫的帮助下，测试了多种大气组成情况，包括当前地球大气组成情况（77%的氮，21%的氧，及甲烷和二氧化碳），27亿年前地球大气的组成情况（主要是甲烷和二氧化碳），甚至可能存在于35亿年前的火星上的大气组成情况（大量二氧化碳）。
基于我们的模型，我们发现如果行星TOI-700d的大气中含有甲烷、二氧化碳或水蒸气，那就可能是宜居行星。现在我们团队需要通过詹姆斯韦伯太空望远镜来证实这些假设。
生活在像黄石国家公园地热盆地这样的恶劣环境中的细菌，为寻找其他行星上的宜居区提供了线索。
新奇世界及其气候
美国宇航局团队完成的气候模拟表明，类似地球的大气和气体压力不足以实现液态水在其表面存在。如果我们把同样数量的温室气体排放到TOI-700d行星上，其表面的温度仍低于零度。
当前我们地球的大气层下有海洋存在是因为我们的恒星比TOI-700要大且亮。有一点是肯定的：我们团队的所有模型都表明，那些渺小黯淡的恒星周围的行星，其气候都和我们在地球上所见到的截然不同。
系外行星领域正处于一个从发现它们到了解其大气特征的过渡时期。在天文学史上，新技术带来宇宙新发现，包括发现像热木星和小海王星的惊喜，而这也是我们太阳系中所没有的。当前这一阶段需要观测这些行星的大气层，看看他们是否具有支持生命活动所需的条件。
1.Wikipedia百科全书
2.天文学名词
translate: 一兰
author: RAVI KUMAR KOPPARAPU
如有相关内容侵权，请于三十日以内联系作者删除
閱讀更多 天文在線 的文章
