可能已经发现了一颗绕着系外行星运行的月球

　　在过去的三十年里，系外行星研究领域突飞猛进。迄今为止，已在 3,677 个行星系统中确认了4,903 颗系外行星，另有 8,414 颗候选行星等待确认。这些行星的多样性，从超级木星和超级地球到迷你海王星和水世界，引发了许多关于行星形成和演化性质的问题。一个相当重要的问题是天然卫星的作用和共性。
　　鉴于太阳系中卫星的数量，完全有理由假设卫星在我们的银河系中无处不在。不幸的是，尽管已知有数千颗系外行星，但仍然没有可用于研究的已证实的系外卫星。但多亏了哥伦比亚大学的大卫·基平教授和一个国际天文学家团队，这可能已经改变了。在美国宇航局支持的最近一项研究中，基平和他的同事报告了他们在检查开普勒太空望远镜的数据时发现的系外卫星的可能发现。
　　该研究团队的成员来自加州理工学院NASA 系外行星科学研究所(NExScI)、NASA Ames 研究中心、麻省理工学院Kavli 天体物理和空间研究所、加州大学洛杉矶分校 Mani Bhaumik 理论物理研究所、粒子物理研究所和瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH）天体物理学和台北中央研究院天文学与天体物理学研究所。描述他们的研究和发现的论文最近发表在《自然天文学》杂志上。
　　美国宇航局开普勒宇宙飞船的艺术家插图。
　　基平教授以其在系外行星研究方面的开创性工作而闻名。作为哥伦比亚大学酷世界实验室的负责人，他和他的同事们花了数年时间开发研究和表征系外行星的方法。Kipping 还是与开普勒一起寻找外星人(HEK) 的首席研究员，该活动隶属于哈佛-史密森天体物理中心(CfA)，致力于在开普勒任务数据中寻找外星人的证据。正如基平通过电子邮件告诉今日宇宙：
　　＂天文学家倾向于分为两种类型，一种是想了解宇宙是如何运作的，另一种是想知道我们是否孤独。在这两个主题中，系外卫星都有很大的希望。关于前者，他们将提供其他例子，说明卫星如何在我们宇宙海岸之外的宇宙中显现。例如，当我们观察月球时，我们想知道——它的形成（是万亿分之一的侥幸，还是我们正在观察行星形成的必然结果？
　　＂在后者中，卫星可能是生命的常驻地，当然这是科幻小说中的常见比喻。由于美国宇航局的首要目标是了解类地世界的普遍性，因此寻找卫星是其中必要的一部分——因为我们知道它们实际上可能主导宇宙中可居住的房地产。＂
　　地球唯一的天然卫星月球的形成和演化与地球本身密切相关。根据巨型撞击假说，两者都是在大约 45 亿年前火星大小的天体 (Theia) 与原始地球相撞后形成的。此外，一些科学家推测，这种巨大的撞击可能是地球今天适合居住的原因。另一种理论认为，月球有助于维持地球内部的发电机，它产生的磁场可以保护我们免受辐射。
　　由于这些原因，基平和他的同事们研究了系外行星系统，并致力于创造探测系外卫星的方法。Kipping 和他的同事设计的寻找它们的方法之一是凌日时间变化，其中系外行星的引力摆动被解释为系外卫星的影响。另一种方法是寻找外卫星本身的凌日，这与凌日光度法一致。
　　2017 年，基平和 HEK 运动确定了迄今为止最强的系外卫星候选者：Kepler-1625b-i。使用开普勒的凌日光度法，该团队发现了可能存在海王星大小的系外卫星围绕距离地球 8,000 光年的类太阳恒星运行的证据。一年后，他们提出了哈勃太空望远镜获得的新证据，强化了他们之前的发现。Kepler-1625b-i 仍然是唯一的候选系外卫星，因为它们很难被发现。基平说：
　　＂外星卫星很难检测，因为它们预计比你的典型行星小，因此很难找到它们，而且它们的信号与行星凌日混在一起，很难解开。 寻找外卫星的方法有很多很多。但为了简洁起见，我们认为凌日是最有效的方法，因此它们对于行星发现显然非常成功，并提供了可重复的事件，从而能够构建一个可证伪的假设。＂
　　如前所述，天然卫星在太阳系中的气体/冰巨星周围极为常见，所有这些卫星都在霜线之外运行并且凉爽。因此，对于冷气体/冰巨系外行星来说，这似乎是合乎逻辑的。这导致基平和他在 HEK 的同事通过开普勒数据检查了系外卫星与其母系系外行星一起过境的可能迹象。
　　艺术家对宜居系外卫星的构想。
　　＂例如，我们推测热木星是不可能的，因为它们被认为会向内迁移，这会对月球的生存造成危险，＂基平说。＂在我们的工作中，我们认为酷巨人是最好看的地方，但那是一个赌注。它是由拥有大量卫星的外巨行星和靠近行星的希尔球尺寸减小所推动的。＂
　　为了进一步验证这个假设，基平和他的团队检查了开普勒获得的关于冷气态巨行星过境的档案数据，这些数据大约是木星大小的两倍，轨道周期超过 400 天。在消除任何少于两次凌日的物体之后，这产生了一个包含 73 颗系外行星的样本。然后，他们根据行星+月亮对仅行星模型的样本进行了分析，以查看行星+月亮信号在哪里受到强烈支持。最后，Kepler-1708b 是最强的候选者。
　　＂这是唯一一个通过了我们能想到的所有测试的物体，＂基平说。＂描述它的最佳方式是它是一个凌日信号，最适合的天体物理模型是行星+月球模型，经过一系列审查测试，我们找不到任何理由放弃这个假设。＂
　　当然，这项研究仍处于起步阶段，基平和他的同事承认需要时间来开发他们的方法和完善他们的技术。＂我很乐观，我们可以在这些成功的基础上最终找到更小的卫星，随着它们越来越多地聚集在我们在太阳系中发现的卫星上，我们可能对它们的性质不会感到不适，＂基平总结道。
　　艺术家对围绕三合星系统运行的系外行星的假想卫星所看到的景象的印象。
　　此外，随着James Webb和Nancy Grace Roman太空望远镜等下一代天文台的出现，系外行星和系外卫星研究将在不久的将来受益匪浅。现在詹姆斯韦伯终于发射并部署了镜子和隔热罩，天文学家预计它将在短短六个月内拍摄第一张照片。同时，超大望远镜（ELT）和巨型麦哲伦望远镜（GMT）等地面望远镜也将缩小对系外卫星的搜索范围。
　　这些天文台将使用其先进的巨型主镜、光谱仪、日冕仪和自适应光学套件，对系外行星进行直接成像研究。特别是较小的岩石行星，它们的轨道离它们的恒星更近，预计会发现类地行星。这些先进的能力还可以发现由轨道外卫星引起的微弱光信号。