2020 年开年大红！美国航太总署（NASA）宣布两项重要发现：凌日行星搜寻卫星（Transiting Exoplanet Survey Satellite，TESS）发现它的第一颗位在恒星适居区（habitable zone）内的地球级系外行星，以及它的第一颗绕着两颗恒星公转的环双星系外行星。
TOI 700 d：TESS 发现的第一颗地球级适居行星
TEES 发现的第一颗位在恒星适居区的地球级系外行星编号为 TOI 700 d（见首图），意味着如果该行星上有水的话，能以液态水的形态存在于行星表面。TESS 发现该行星之后，天文学家另用史匹哲太空望远镜（Spitzer Space Telescope）和电脑模拟方式确认该行星的潜在环境，以便能协助订定未来的观测方向。此外，TOI 700 d 也是少数已知的地球级系外行星，不过其他的除 TRAPPIST-1 外，皆由开普勒太空望远镜（Kepler Space Telescope）发现。
TOI 700 是一颗 M 型红矮星，距离约 100 光年，位在南天的剑鱼座（Dorado）方向，质量和半径都仅约太阳的 0.4 倍，表面温度则仅约太阳的一半，TESS 于这颗恒星旁发现 3 颗凌日行星。由于先前对 TOI 700 恒星大小估计错认为与太阳差不多，导致估计出的 TOI 700 d 比真实大小还大且热；后来这个错误修正后，更新了 TOI 700 d 的参数，方才发现 TOI 700 d 落在该恒星的适居区中，且大小与地球相仿。且在长达 11 个月的 TESS 观测资料中，TOI 700 都没有闪焰爆发的现象，显示 TOI 700 d 环境相当单纯、稳定而适宜居住，让天文学家能更容易地模拟出它的大气和表面状况。
该系统中的最内侧行星 TOI 700 b 大小几乎与地球相同，很可能也是岩质行星，绕其母星公转一周约仅 10 天。而中间的 TOI 700 c 比地球大了约 2.6 倍，大约介在地球和海王星之间，公转周期约 16 天，可能是一颗气态行星。最外侧的 TOI 700 d 是 bcd 这 3 颗行星中唯一落在适居区中的，直径约比地球大 20%，公转周期约 37 天，应该也是一颗岩质行星，收到其母星的辐射量约为地球收到太阳辐射量的 86%。
天文学家认为这 3 颗行星都被其母恒星潮汐锁定，意味着其自转周期和公转周期一样长，会始终以同一面面对其母恒星，所以即使 TOI 700 d 是地球级适居行星，它大气中的云系形成和风的形态都与地球截然不同。其中一项电脑模拟认为 TOI 700 d 如果有海洋的话，应该与火星早期状况类似，拥有浓厚且主要为二氧化碳的大气；另一项电脑模拟结果则认为 TOI 700 d 应该类似完全没有云、完全显露地表状况的地球，风则从背对恒星的夜晚面吹向面对恒星的白昼面。这些猜测，未来如果能精细观测到这颗大气的光谱，就可以确定它的真实状况。
TOI 1338 b：TESS 发现的第一颗环双星系外行星
一位参与 NASA 哥达德太空中心（Goddard Space Flight Center）暑期实习计划的高三学生 Wolf Cukier 在检验一批 TESS 的食双星资料时，突然发现其中一个系统 TOI 1338 发生“食”的时间不对，后来经天文学家 Veselin Kostov 等人确认其实是一颗行星绕着这对双星造成的。这是 TESS 观测中，第一个发现同时绕着两颗恒星公转的系外行星，即所谓的环双星系外行星（circumbinary planet），编号为 TOI 1338 b。
TOI 1338 系统距离约 1,300 光年，位在南天的绘架座（Pictor）方向。两颗恒星约每 15 天互绕一周，其中主星的质量比太阳大 10%，另一颗伴星则比较冷、比较暗，质量只有太阳三分之一而已。这个系统内目前仅发现 TOI 1338 b 一颗行星，质量约地球的 6.9 倍，约介在海王星和土星之间，它绕双星公转的轨道平面就在双星互转轨道平面上，所以从地球的方向看过去，这两颗恒星会因互相遮蔽而发生互食（eclipse）现象的同时，当 TOI 1338 b 经过两星前方时，也各会发生凌日（transit）现象，食和凌都会造成总亮度减低。
不过，两恒星互食的周期和亮度降低程度都很规律而容易观测，但由于两颗恒星和行星都在动，TOI 1338 b 凌日就没有那么规律，介在 93~95 天之间，且亮度降低的程度和持续时间也都不尽相同，比较难观测。不过因为双星中的伴星太暗，目前 TESS 观测到的 TOI 1338 b 凌日都发生在主星。根据以往观测资料所进行的电脑模拟结果，TOI 1338 b 的轨道至少在未来 1,000 万年内都相当稳定。
开普勒任务和其 K2 任务之前已经在 10 个系外行星系统中发现 12 颗环双星系外行星，状况全都与 TOI 1338 b 类似。一般双星观测比较偏向于发现大型行星，小型行星凌日时对恒星亮度的影响力则不大，但 TESS 在任务头两年观测了数十万组食双星系统，以量取胜，因此未来必定还有许多环双星行星等待被发现。
- NASA Planet Hunter Finds its 1st Earth-size Habitable-zone World
- NASA’s TESS Mission Uncovers Its 1st World With Two Stars
（本文由 台北天文馆 授权转载；首图来源：NASA Exoplanets）
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