“星戰(zhàn)迷”肯定不會忘記，在《星球大戰(zhàn)VI：絕地歸來》中，伊沃克人第一次出現(xiàn)就是在恩多的森林衛(wèi)星上。
恩多行星本身是一個氣態(tài)巨行星，但它的森林衛(wèi)星卻是一個適宜居住的地方，那里生活著許多毛茸茸的、有感知能力的可愛小動物——伊沃克人。
雖然我們并不生活在“星球大戰(zhàn)”的宇宙中，但天文學(xué)家們卻發(fā)現(xiàn)了太陽系外一顆環(huán)繞行星運行的天然衛(wèi)星，這也成為人類發(fā)現(xiàn)的首顆系外衛(wèi)星。
端倪初現(xiàn)
在這項新近發(fā)表于權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》的研究中，作者聲稱他們發(fā)現(xiàn)了一顆可能正在圍繞Kepler-1625b運轉(zhuǎn)的系外天然衛(wèi)星。
Kepler-1625b是一顆木星大小的系外行星，它以287天的周期圍繞著自己的黃色母恒星Kepler-1625運行。由于Kepler-1625b和母星之間的距離相當(dāng)于地球繞太陽運行的距離，因此研究人員推斷，Kepler-1625b及其新發(fā)現(xiàn)的衛(wèi)星很可能處于母恒星的“宜居帶”上，平均溫度大約在27℃~77℃。
你是不是已經(jīng)開始期待這顆系外衛(wèi)星上也生活著毛茸茸的伊沃克人了？但在那之前，我們有必要了解一下“殘酷”的現(xiàn)實。
這顆被命名為“Kepler-1625b-i”的系外衛(wèi)星的半徑約為地球的4倍，質(zhì)量則為地球的16倍，事實上這樣的大小和質(zhì)量更加接近于海王星。科學(xué)家們據(jù)此推測，這顆衛(wèi)星的表面很可能并非是固態(tài)的，而是像它每22天繞行一圈的Kepler-1625b一樣，是氣態(tài)的。
由于無法對太陽系外部的行星直接拍攝成像，天文學(xué)家們就只能趁著行星掠過主恒星時對它進(jìn)行觀測——當(dāng)系外行星圍繞它們的恒星運行至恒星朝向地球的一面時，恒星的光芒會因被遮擋而減弱，這種與“金星凌日”相似的現(xiàn)象被稱為“凌星”。
比方說，木星大小的行星圍繞太陽大小的恒星運行，當(dāng)發(fā)生凌星現(xiàn)象時，恒星的亮度大約會下降1%。憑借這一原理，天文學(xué)家就能夠通過恒星的亮度變化確定系外行星的軌道傾角，進(jìn)而確定它的質(zhì)量。這種由觀察凌星現(xiàn)象搜尋系外行星的方法叫做“行星凌星法”。
換句話說，恒星亮度的下降可能成為判斷系外行星存在的“光標(biāo)志”。但若要想將這一方法用于探測系外衛(wèi)星，操作起來難度則要更大。因為衛(wèi)星的體積相比主行星更小，因此在根據(jù)衛(wèi)星穿越主恒星前方持續(xù)變暗時間繪制光曲線圖時，凌星信號是十分微弱的。
更為復(fù)雜的是，衛(wèi)星在每個時間點發(fā)出信號時都處在主行星的不同位置，并且一顆行星又可能被多顆衛(wèi)星所環(huán)繞，這些因素都使得探測系外衛(wèi)星的難度大大增加。舉例來說，木星本身就有超過70個已知的天然衛(wèi)星，其中4個相當(dāng)于地球大小。因此，系外行星系統(tǒng)中存在多個衛(wèi)星信號并不讓人意外。
2017年，該研究的作者在另外一項研究中首次提出Kepler-1625b行星系統(tǒng)中可能存在一個天然的衛(wèi)星。在這項研究中，研究人員分析了被認(rèn)為可能包含系外衛(wèi)星的284顆行星的觀測數(shù)據(jù)，但遺憾的是，在絕大多數(shù)系統(tǒng)中都沒有找尋到存在系外衛(wèi)星的證據(jù)，唯獨恒星Kepler-1625顯示出了亮度略微下降的強(qiáng)烈跡象，這無疑構(gòu)成了一個存在系外衛(wèi)星的信號。
驗證設(shè)想
為了驗證這個最初的假設(shè)，2017年10月，《科學(xué)進(jìn)展》這項新研究背后的團(tuán)隊用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡對Kepler-1625進(jìn)行了高精度測量，以觀察提前預(yù)測出的Kepler-1625b在40小時內(nèi)的凌星現(xiàn)象。
通過分析收集到的數(shù)據(jù)，研究人員發(fā)現(xiàn)這顆行星的凌星現(xiàn)象比此前預(yù)期的早了77.8分鐘。也就是說，在Kepler-1625b從母恒星前方經(jīng)過前的1個多小時，恒星就已開始微弱“變暗”。天文學(xué)家們推測，凌星現(xiàn)象的提前可能是由一個未知物體的引力牽引所導(dǎo)致的。
在類似系統(tǒng)中，每顆行星都會對系統(tǒng)中的其他行星產(chǎn)生“拉扯”，進(jìn)而導(dǎo)致這種時間上的變化。Trappist-1系統(tǒng)就是一個典型例子——這顆恒星擁有7顆凌星行星，因而系統(tǒng)內(nèi)呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的凌星時間變化。
對于此次Kepler-1625b凌星時間上發(fā)生的變化，研究人員有兩種猜測：第一，這可能是由同一系統(tǒng)中另外一顆未知行星所引發(fā)的，它擾亂了Kepler-1625b的軌跡；第二則是Kepler-1625b可能存在一顆天然的衛(wèi)星。
那為何研究者最終更傾向于Kepler-1625b存在一顆衛(wèi)星這一推測呢？研究人員觀測發(fā)現(xiàn)，Kepler-1625b從母恒星前方經(jīng)過一段時間后，依然可以觀察到恒星微弱“變暗”，并且這一額外的凌星現(xiàn)象正好發(fā)生在他們此前預(yù)期的地點，并可以解釋所觀察到的凌星時間的變化。
這就如同研究作者所指出的：結(jié)合兩者之后，存在一顆圍繞著Kepler-1625b運轉(zhuǎn)的衛(wèi)星，是對目前所觀測到的數(shù)據(jù)的最佳解釋。
真是衛(wèi)星？
就目前已知的數(shù)據(jù)而言，其確實顯示出存在另外一個天體與Kepler-1625b行星一同運行。但問題也隨之產(chǎn)生：這真的是一顆衛(wèi)星嗎？要知道這個未知天體的半徑足足達(dá)到了行星的三分之一，而在太陽系中，這實在不像是一顆巨行星的衛(wèi)星能做出來的事兒。
我們不妨看看其他衛(wèi)星的情況：即便是土星最大的衛(wèi)星——土衛(wèi)六，其半徑也還不到土星的5%；雖然地球與月球之間的半徑比達(dá)到了4:1，但這是因為它們都是由巖石構(gòu)成的。
地月系統(tǒng)被認(rèn)為是由早期太陽系內(nèi)的巨大撞擊形成的，而土星和木星的衛(wèi)星則是由行星形成后遺留下來的碎片聚集而成。換言之，現(xiàn)有的理論根本無法解釋一顆如同海王星大小的衛(wèi)星是如何在一顆木星大小的行星軌道上形成的。因此科學(xué)家們認(rèn)為，如果這真的是一顆衛(wèi)星，那么這一發(fā)現(xiàn)可能對行星系統(tǒng)的發(fā)展產(chǎn)生新的見解，并可能使人們重新審視行星周圍衛(wèi)星形成的理論。
在過去的十年中，這項研究的作者之一、美國哥倫比亞大學(xué)的David Kipping一直猜測系外衛(wèi)星的存在，并致力于探測這些衛(wèi)星。與大多數(shù)“第一次”發(fā)現(xiàn)一樣，這一次的系外衛(wèi)星探測結(jié)果并不是絕對的，畢竟探測信號處于目前可測量范圍的極限，這就產(chǎn)生了很多不確定性。對此，研究人員也警告稱，對于這顆衛(wèi)星的推論還只是暫時的，必須等待后續(xù)哈勃望遠(yuǎn)鏡的觀測予以進(jìn)一步證實。
但是，在我們居住的太陽系中天然衛(wèi)星數(shù)量眾多，僅僅4顆巨大的行星就承載著超過200多顆天然衛(wèi)星。因此，目前已知的近4000顆系外行星理應(yīng)擁有數(shù)量更加龐大的天然衛(wèi)星。
更加讓天文學(xué)家們感到振奮的是，太陽系中那些巨大行星的天然衛(wèi)星，包括木衛(wèi)二、土衛(wèi)二以及土衛(wèi)六等，恰恰是人類當(dāng)前尋找地外生命的最佳選擇。這就為人類提供了一個隱隱的希望：或許我們能夠在系外行星及其衛(wèi)星上找尋到生命。雖然Kepler-1625b和它的衛(wèi)星被認(rèn)為是氣態(tài)的，并不適合我們所知道的生命存活，但有關(guān)系外行星探測的新篇章顯然已經(jīng)掀開。■