美國國家航空航天局（NASA）的運輸系外行星調查衛星（TESS）在其恆星的宜居區域中發現了它的第一顆地球大小的行星，該距離的範圍可能是恰好允許在地面上存在液態水的條件。科學家使用NASA的Spitzer太空望遠鏡確認了這個名為TOI 700 d的發現，並且對行星的潛在環境進行了建模，以幫助為將來的觀測提供依據。
迄今為止，TOI 700 d是在恆星的宜居帶中發現的僅有少數幾個地球大小的行星之一。其他還包括TRAPPIST-1系統中的幾顆行星以及NASA克卜勒太空望遠鏡發現的其他行星。
「 TESS的設計和發射是專門為尋找繞附近恆星運行的地球大小的行星而設計的，」位於華盛頓的NASA總部天體物理學部門主管Paul Hertz說。「附近恆星周圍的行星最容易被太空和地球上的大型望遠鏡跟蹤。發現TOI 700 d是TESS的一項關鍵科學發現。用斯皮策確認行星的大小和可居住區狀態是斯皮策接近時的又一項勝利今年一月科學操作結束。」
TESS一次監視27天的大片天空，稱為扇區。從我們的角度來看，這種長距離凝視使衛星能夠跟蹤由於恆星在其恆星前橫越軌道而引起的恆星亮度變化，這一事件稱為過境。
TOI 700是一顆矮小，酷炫的M矮星，位於南部多拉多星座，距我們只有100光年。它大約是太陽質量和大小的40％，大約是其表面溫度的一半。這顆恆星出現在任務第一年觀測到的TESS的13個扇區中的11個中，科學家們通過它的三個行星捕捉到了多次過渡。
這顆恆星最初在TESS資料庫中被錯誤歸類為與我們的太陽更相似，這意味著這些行星看上去比實際的更大，更熱。與TESS小組成員一起工作的一名高中生Alton Spencer等幾位研究人員發現了該錯誤。
芝加哥大學的研究生艾米麗·吉爾伯特（Emily Gilbert）表示：「當我們修正了恆星的參數時，它的行星尺寸減小了，我們意識到最外層的行星大約與地球大小相同，並且位於宜居區域。「此外，在11個月的數據中，我們沒有看到恆星產生耀斑，這增加了TOI 700 d適宜居住的機會，並使對大氣和地面狀況的建模變得更加容易。」
吉爾伯特和其他研究人員在火奴魯魯舉行的美國天文學會第235次會議上介紹了這些發現，三篇論文（吉爾伯特領導的其中一篇）已提交給科學期刊。
最裡面的行星稱為TOI 700 b，幾乎與地球大小一樣，可能是巖石，每10天完成一次軌道。TOI 700 c是一顆中行星，每16天繞軌道運行，是地球的2.6倍，介於地球和海王星的大小之間，可能是一個以天然氣為主導的世界。TOI 700 d是該系統中最廣為人知的行星，也是居住區中唯一的一顆行星，其測量的距離比地球大20％，每37天繞軌道運行一次，並從其恆星接收太陽向地球提供的86％的能量。人們認為所有行星都被潮汐鎖定在其恆星上，這意味著它們每個軌道旋轉一次，以使一側在日光下不斷沐浴。
天體物理學中心天文學家約瑟夫·羅德裡格斯（Joseph Rodriguez）領導的一組科學家| 麻薩諸塞州劍橋市的哈佛和史密森尼大學要求與Spitzer進行後續觀察以確認TOI 700 d。
羅德裡格斯說：「鑑於這項發現的影響-這是TESS的第一個可居住區地球大小的星球-我們確實希望我們對這個系統的理解儘可能具體。」 「 Spitzer完全按照我們的預期看到了TOI 700 d的過境。這是對任務傳承的極大補充，該任務幫助確認了TRAPPIST-1行星中的兩顆，並確定了另外五顆。
Spitzer的數據提高了科學家對TOI 700 d是真實行星的信心，並使他們的軌道周期測量值提高了56％，其尺寸提高了38％。它還排除了傳輸信號的其他可能的天體物理原因，例如系統中存在較小，較暗的伴星。
Rodriguez和他的同事還使用了全球Las Cumbres天文臺網絡中一米長的地面望遠鏡的後續觀測結果，將科學家對TOI 700 c的軌道周期和大小的信心分別提高了30％和36％。
由於TOI 700明亮，在附近並且沒有星狀耀斑的跡象，因此該系統是當前地面觀測站進行精確質量測量的首選。這些測量結果可以證實科學家的估計，即內行星和外行星都是巖石的，而中行星是由氣體製成的。
未來的任務也許能夠確定行星是否有大氣，如果有的話甚至可以確定它們的成分。
儘管TOI 700 d的確切條件尚不清楚，但科學家可以利用當前信息（例如行星的大小和它運行的恆星的類型）來生成計算機模型並進行預測。位於馬裡蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達德太空飛行中心的研究人員對TOI 700 d的20種潛在環境進行了建模，以評估是否有任何版本會導致表面溫度和壓力適於居住。
他們的3D氣候模型檢查了通常與科學家認為是潛在可居住世界相關的各種地表類型和大氣成分。由於TOI 700 d在潮汐作用下被鎖定在其恆星上，因此該行星的雲層和風型可能與地球截然不同。
一種模擬包括海洋覆蓋的TOI 700 d，它具有緻密的，以二氧化碳為主導的大氣，類似於科學家懷疑火星年輕時包圍的大氣。模型大氣在面向恆星的一面包含一層深層的雲層。另一個模型將TOI 700 d描繪為現代地球的無雲，全陸版本，風從行星的夜側流走，並會聚在直接面對恆星的點上。
當星光穿過行星的大氣層時，它會與二氧化碳和氮等分子相互作用，產生獨特的信號，稱為光譜線。由大學空間研究協會高加德訪問學者Gabrielle Englemann-Suissa領導的建模團隊為TOI 700 d的20個建模版本生成了模擬光譜。
「總有一天，當我們擁有來自TOI 700 d的真實光譜時，我們可以回溯，將其與最接近的模擬光譜匹配，然後將其與模型匹配，」 Englemann-Suissa說。「這令人興奮，因為無論我們從地球上了解到什麼，它看起來都將與地球上的東西完全不同。」
TESS是由麻省理工學院在麻薩諸塞州劍橋市領導和運營的，由NASA戈達德太空飛行中心管理的NASA天體物理學探險家任務。其他合作夥伴包括位於維吉尼亞州福爾斯徹奇的諾斯羅普·格魯曼公司；美國宇航局位於加利福尼亞矽谷的艾姆斯研究中心；位於麻薩諸塞州劍橋的哈佛史密森天體物理學中心；麻省理工學院的林肯實驗室；和巴爾的摩的太空望遠鏡科學研究所。全世界有十多所大學，研究所和天文臺參加了這次任務。
加利福尼亞州帕薩迪納市的噴氣推進實驗室負責為美國國家航空航天局（NASA）在華盛頓的科學任務局管理Spitzer太空望遠鏡任務。科學操作是在帕薩迪納市Caltech的Spitzer科學中心進行的。太空業務總部設在科羅拉多州利特爾頓的洛克希德·馬丁太空公司。數據存儲在位於Caltech的IPAC的紅外科學檔案中。加州理工學院為NASA管理JPL。
建模工作由Goddard的Sellers系外行星環境合作組織資助，這是一個多學科的合作，匯集了專家來構建全面而複雜的計算機模型，以更好地分析當前和將來的系外行星觀測。