发布单位：台北市立天文科学教育馆
2020年开年大红！美国宇航局（NASA）凌日行星搜寻卫星“苔丝”（Transiting Exoplanet Survey Satellite，TESS）宣布两项重要发现：发现它的第一颗位于恒星宜居带（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的第一颗地球级适居行星
TEES的第一颗位于恒星适居区的地球级系外行星编号为TOI 700 d，意味着如果该行星上有水的话，能以液态水的型态存在于行星表面。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）和计算机仿真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行星系统示意图。Credit: NASA
TOI 700是一颗M型红矮星，距离约100光年，位于南天的剑鱼座（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观测数据中，TOI 700都没有闪焰爆发的现象，显示TOI 700d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型态都与地球截然不同。其中一项计算机仿真认为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；另一项计算机仿真结果则认为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的食双星数据时，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。
TESS发现的第一颗环双星系外行星示意图。Credit: NASA
TOI 1338系统距离约1300光年，位于南天的绘架座（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1/3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。根据以往观测数据所进行的计算机仿真结果，TOI 1338 b的轨道至少在未来1000万年内都相当稳定。
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。
资料来源：
1.https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/nasa-planet-hunter-finds-its-1st-earth-size-habitable-zone-world
2.https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/nasa-s-tess-mission-uncovers-its-1st-world-with-two-stars
