На 2019 год космическим телескопом TESS (охотником за экзопланетами) было обнаружено наличие трёх планет, вращающихся возле красного карлика TOI-700, удалённого на расстояние 101 светового года от Солнца.
Красный карлик TOI-700 для своего спектрального класса M2 довольно яркая и большая звезда. Его плазменная поверхность излучает температуру, порядка 3200°C.
Светило на 58% меньше Солнца (диаметр 584 тыс км), и обладает 40% его массы. Светимость 0,0233 Солнечной.
Сам карлик является довольно спокойной звездой с очень низкой активностью. За 11 месяцев исследования звезды телескопом TESS, на ней ни разу не происходили вспышки повышенной мощности. Объясняется это низкой скоростью вращения звезды.
Осевой период TOI-700 длится 54 земных суток, что на 29 дней больше осевого периода вращения Солнца.
Возраст звезды молод, оценивается не меньше, чем 1,5 миллиарда лет.
Дальнейшие наблюдения TESS за светилом показали кратковременные колебания её света, что прямо указывало на присутствие планет, которые, проходя на фоне красного карлика, незначительно затмевали его.
Таким образом, транзитным методом у этой звезды было достоверно обнаружено три планеты, последняя по удалённости, названная TOI-700d, вращается в обитаемой зоне, а по своим параметрам массы и размера похожа на суперземлю с твёрдой поверхностью.
По сути своей, слабая активность звезды напрямую благоприятна для развития жизни на планете, на существование жидкой воды на её поверхности, а главное, низкая вероятность потерять свои атмосферы вследствие сильных вспышек ультрафиолетового излучения.
Наблюдения наземных телескопов также подтвердили, что затмевают звезду планеты, а не какой либо второй массивный компаньон светила.
Повторные наблюдения системы провела космическая обсерватория Spitzer в 2019 году. Обсерватория следила за красным карликом в течение 9 часов, чтобы узнать больше данных о планетах, особенно о самой внешней, вращающееся в обитаемой зоне.
К ноябрю 2021 года в системе была обнаружена ещё одна, четвёртая планета, находящаяся в статусе потенциально существующей. На данный момент официально не подтверждена. Вращается на расстоянии 0.135 A.e от светила во внутренней области за зоной обитаемости. По размерам похожа на Землю.
Все три планеты в системе не так далеко удалены от красного карлика, а поэтому, подвержены приливному захвату, (одно из их полушарии всегда обращено к звезде одной стороной) но также гравитационно взаимодействуют и друг с другом, вращаясь в орбитальных резонансах, что влияет на время прохождения планет на фоне своей звезды, а это усложняет наблюдения за ними.
Подобные резонансы существуют между близкими друг к другу планетами системы TRAPPIST-1.
В большей степени резонансы относятся к массивной планете C и каменистой b. Их орбиты находятся близко друг к другу и во время близких прохождении их разделяет всего 4-5 млн км. TOI-700c, проходя вблизи внутреннего соседа, гравитационно подталкивает его, тем самым, орбитальная скорость первой планеты слегка увеличивается, а другая наоборот, на короткий период времени может даже притормаживать движение соседа.
Зависит механизм орбитальных резонансов от массы планет и их гравитационного влияния на другие близвращающиеся миры, и само собой расстояния между ними.
TOI-700b самая близкая к звезде планета. Вращается на расстоянии 9,5 миллионов километров от красного карлика с орбитальным периодом почти 10 земных суток.
Располагается во внутренней области за зоной обитаемости. За зоной обитаемости, ближе к звезде, любая планета от своего светила будет получать мощнейшее интенсивное излучение, отрицательно влияя на существование жизни. Здесь невозможны комфортные и стабильные условия для поддержания жидкой воды у поверхности.
По параметрам, планета, вероятно каменистая, как и внешняя TOI-700d. Об этом говорит похожий на земной диаметр и масса. TOI-700b на 7% массивней Земли, и лишь в пару процентов чуть больше нашей планеты.
Поверхность планеты горячая, нагретая звездой. Её атмосфера, если она существовала, уже могла испариться за счёт высокоэнергетического излучения светила, или же фотоиспарения. Не исключено, что она может иметь и плотную атмосферу.
TOI-700c вторая по удалённости планета. Удалена на расстояние 13,8 млн км от светила с орбитальным периодом 16 суток.
Судя по физическим характеристикам массы, плотности и диаметра, TOI-700c является небольшой газовой планетой класса мининептун. Экзопланета в 2,6 раза больше Земли (33 тысячи км) с приблизительной массой 7,5 земных.
Мининиптуны - газовые планеты, по своей массе и размеру напоминающие суперземли, но всё же содержат в своём составе значительную концентрацию лёгких веществ: водорода, гелия, а также очень большое количество воды. Они близки к подобию Нептуна или Урана, двух ледяных газовых гигантов нашей Солнечной системы.
Опять же, в случае мининептунов, по мимо водорода и гелия, в их составе должно присутствовать много воды, что в свою очередь повышает среднюю плотность планеты, которая у TOI-700c оценивается примерно 1,9 г/см³. К сравнению, у Юпитера этот показатель равняется 1,33 г/см³, а у Нептуна 1,64 г/см³
TOI-700c достаточно тёплая планета. Её атмосфера должна быть горячей и плотной. Возможно, раньше она вращалась во внешних границах системы, но позже мигрировала в её внутреннюю область и теперь располагается между двумя скалистыми мирами.
У TOI-700c при высокой температуре и внутреннем давлении, вода на планете должна находиться в уникальном состоянии горячего льда.
TOI-700d внешняя планета системы. Вращается в обитаемой зоне на расстоянии 24,3 млн км от звезды. У неё самый долгий орбитальный период. Год на этой планете длится 37 земных суток.
Планета имеет 1,72 массы Земли, и 1,2 её размера. Плотности двух скалистых планет сейчас не уточнены и требуют дополнительных наблюдении.
Экзопланета получает около 86% того света, что Земля получает от Солнца.
TOI-700d должна быть массивной каменистой планетой с твёрдой поверхностью. Учёные определяют эту планету, как потенциально пригодной для комфортных условии.
Это зависит от множества факторов: поступающего излучения от звезды, магнитосферы планеты, атмосферы, её химического состава, плотности, парникового эффекта.
По предположениям астрономов, по одной из модели климата, средняя температура поверхности TOI-700d должна составлять от -36°C до +95°C
С наличием достаточно плотной атмосферы и парникового эффекта, температурные значения воды установятся в значениях -13°C
Нужно не забывать, что планета, вероятно, приливно заблокирована, и одна её сторона всегда смотрит на звезду, а другая остаётся в кромешной тьме.
Освещённое полушарие в центральной области планеты может нагреваться до 90 градусов Цельсия, а по этому, лучший вариант для существования на планете воды, это область вблизи терминатора, границы между дневным и ночным полушарием.
Как правило, именно там при приливном захвате возможны наиболее комфортные температуры на поверхности для наличия озёр или рек с жидкой водой.
Неизвестно, имеется ли вообще атмосфера на TOI-700d. Дальнейшее изучение этой системы телескопом Джеймса Уэбба должно помочь нам хотя бы поверхностно понять, что эти планеты могут из себя представлять.
Ожидать ярких успехов в наблюдениях Уэбба не стоит. Обнаружить тонкую атмосферу у небольшой планеты земного типа, находящуюся в сотнях световых годах от нас, задача определённо сложнейшая, и уж тем более, наблюдать разнообразие химических газов в их атмосферах сейчас нереально.
Современная наука просто не дошла до того уровня, чтобы напрямую фотографировать маленькие каменистые планеты, и в полной мере изучать их атмосферы.