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作者： 林落 来源： 发布时间：2018-12-5 18:23:33
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“星战迷”肯定不会忘记，在《星球大战VI：绝地归来》中，伊沃克人第一次出现就是在恩多的森林卫星上。
恩多行星本身是一个气态巨行星，但它的森林卫星却是一个适宜居住的地方，那里生活着许多毛茸茸的、有感知能力的可爱小动物——伊沃克人。
虽然我们并不生活在“星球大战”的宇宙中，但天文学家们却发现了太阳系外一颗环绕行星运行的天然卫星，这也成为人类发现的首颗系外卫星。
端倪初现
在这项新近发表于权威学术期刊《科学进展》的研究中，作者声称他们发现了一颗可能正在围绕Kepler-1625b运转的系外天然卫星。
Kepler-1625b是一颗木星大小的系外行星，它以287天的周期围绕着自己的黄色母恒星Kepler-1625运行。由于Kepler-1625b和母星之间的距离相当于地球绕太阳运行的距离，因此研究人员推断，Kepler-1625b及其新发现的卫星很可能处于母恒星的“宜居带”上，平均温度大约在27℃~77℃。
你是不是已经开始期待这颗系外卫星上也生活着毛茸茸的伊沃克人了？但在那之前，我们有必要了解一下“残酷”的现实。
这颗被命名为“Kepler-1625b-i”的系外卫星的半径约为地球的4倍，质量则为地球的16倍，事实上这样的大小和质量更加接近于海王星。科学家们据此推测，这颗卫星的表面很可能并非是固态的，而是像它每22天绕行一圈的Kepler-1625b一样，是气态的。
由于无法对太阳系外部的行星直接拍摄成像，天文学家们就只能趁着行星掠过主恒星时对它进行观测——当系外行星围绕它们的恒星运行至恒星朝向地球的一面时，恒星的光芒会因被遮挡而减弱，这种与“金星凌日”相似的现象被称为“凌星”。
比方说，木星大小的行星围绕太阳大小的恒星运行，当发生凌星现象时，恒星的亮度大约会下降1%。凭借这一原理，天文学家就能够通过恒星的亮度变化确定系外行星的轨道倾角，进而确定它的质量。这种由观察凌星现象搜寻系外行星的方法叫做“行星凌星法”。
换句话说，恒星亮度的下降可能成为判断系外行星存在的“光标志”。但若要想将这一方法用于探测系外卫星，操作起来难度则要更大。因为卫星的体积相比主行星更小，因此在根据卫星穿越主恒星前方持续变暗时间绘制光曲线图时，凌星信号是十分微弱的。
更为复杂的是，卫星在每个时间点发出信号时都处在主行星的不同位置，并且一颗行星又可能被多颗卫星所环绕，这些因素都使得探测系外卫星的难度大大增加。举例来说，木星本身就有超过70个已知的天然卫星，其中4个相当于地球大小。因此，系外行星系统中存在多个卫星信号并不让人意外。
2017年，该研究的作者在另外一项研究中首次提出Kepler-1625b行星系统中可能存在一个天然的卫星。在这项研究中，研究人员分析了被认为可能包含系外卫星的284颗行星的观测数据，但遗憾的是，在绝大多数系统中都没有找寻到存在系外卫星的证据，唯独恒星Kepler-1625显示出了亮度略微下降的强烈迹象，这无疑构成了一个存在系外卫星的信号。
验证设想
为了验证这个最初的假设，2017年10月，《科学进展》这项新研究背后的团队用哈勃太空望远镜对Kepler-1625进行了高精度测量，以观察提前预测出的Kepler-1625b在40小时内的凌星现象。
通过分析收集到的数据，研究人员发现这颗行星的凌星现象比此前预期的早了77.8分钟。也就是说，在Kepler-1625b从母恒星前方经过前的1个多小时，恒星就已开始微弱“变暗”。天文学家们推测，凌星现象的提前可能是由一个未知物体的引力牵引所导致的。
在类似系统中，每颗行星都会对系统中的其他行星产生“拉扯”，进而导致这种时间上的变化。Trappist-1系统就是一个典型例子——这颗恒星拥有7颗凌星行星，因而系统内呈现出强烈的凌星时间变化。
对于此次Kepler-1625b凌星时间上发生的变化，研究人员有两种猜测：第一，这可能是由同一系统中另外一颗未知行星所引发的，它扰乱了Kepler-1625b的轨迹；第二则是Kepler-1625b可能存在一颗天然的卫星。
那为何研究者最终更倾向于Kepler-1625b存在一颗卫星这一推测呢？研究人员观测发现，Kepler-1625b从母恒星前方经过一段时间后，依然可以观察到恒星微弱“变暗”，并且这一额外的凌星现象正好发生在他们此前预期的地点，并可以解释所观察到的凌星时间的变化。
这就如同研究作者所指出的：结合两者之后，存在一颗围绕着Kepler-1625b运转的卫星，是对目前所观测到的数据的最佳解释。
真是卫星？
就目前已知的数据而言，其确实显示出存在另外一个天体与Kepler-1625b行星一同运行。但问题也随之产生：这真的是一颗卫星吗？要知道这个未知天体的半径足足达到了行星的三分之一，而在太阳系中，这实在不像是一颗巨行星的卫星能做出来的事儿。
我们不妨看看其他卫星的情况：即便是土星最大的卫星——土卫六，其半径也还不到土星的5%；虽然地球与月球之间的半径比达到了4:1，但这是因为它们都是由岩石构成的。
地月系统被认为是由早期太阳系内的巨大撞击形成的，而土星和木星的卫星则是由行星形成后遗留下来的碎片聚集而成。换言之，现有的理论根本无法解释一颗如同海王星大小的卫星是如何在一颗木星大小的行星轨道上形成的。因此科学家们认为，如果这真的是一颗卫星，那么这一发现可能对行星系统的发展产生新的见解，并可能使人们重新审视行星周围卫星形成的理论。
在过去的十年中，这项研究的作者之一、美国哥伦比亚大学的David Kipping一直猜测系外卫星的存在，并致力于探测这些卫星。与大多数“第一次”发现一样，这一次的系外卫星探测结果并不是绝对的，毕竟探测信号处于目前可测量范围的极限，这就产生了很多不确定性。对此，研究人员也警告称，对于这颗卫星的推论还只是暂时的，必须等待后续哈勃望远镜的观测予以进一步证实。
但是，在我们居住的太阳系中天然卫星数量众多，仅仅4颗巨大的行星就承载着超过200多颗天然卫星。因此，目前已知的近4000颗系外行星理应拥有数量更加庞大的天然卫星。
更加让天文学家们感到振奋的是，太阳系中那些巨大行星的天然卫星，包括木卫二、土卫二以及土卫六等，恰恰是人类当前寻找地外生命的最佳选择。这就为人类提供了一个隐隐的希望：或许我们能够在系外行星及其卫星上找寻到生命。虽然Kepler-1625b和它的卫星被认为是气态的，并不适合我们所知道的生命存活，但有关系外行星探测的新篇章显然已经掀开。■
《科学新闻》 (科学新闻2018年11月刊 航天)
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