天文学家是否刚刚发现了有史以来第一颗系外卫星，一颗围绕另一颗恒星运行的行星的月球伴侣？或许吧。
哥伦比亚大学天文学家亚历克斯·提奇和戴维·基平利用美国宇航局的开普勒和哈勃太空望远镜的数据报告称，在一颗质量是木星三倍的行星周围，可能存在一颗海王星大小的卫星的信号，所有这些都围绕着一颗近100亿年历史的类太阳恒星开普勒1625 b运行，距离地球约8000光年。如此巨大的卫星难以用现有的理论轻易解释。这些发现发表在10月3日《科学进展》杂志上发表的研究中，并基于两人去年报告的早期工作，该工作首次提供了更初步的卫星证据。
如果得到证实，这一发现将挑战科学家们目前对行星和卫星形成的理解，同时对宇宙中生命的普遍性产生潜在而深远的影响，再次揭示，当谈到外星世界时，宇宙往往比任何人想象的都要奇怪。
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一颗非凡的系外卫星
如果我们的太阳系具有任何指导意义，那么宇宙中的卫星数量应该远远超过行星，并且可能构成任何给定星系中大部分宜居区域。因此，确定它们如何形成以及形成的频率，将有助于天体生物学家在我们的星系中其他地方寻找生命。基平和提奇从开普勒数据中得出的统计数据已经表明，在围绕恒星的温带轨道上的行星周围，卫星明显缺失——暗示大多数大型月球伴侣一定潜伏在更寒冷的区域，而类似于《星球大战》中的恩多星或《阿凡达》中的潘多拉星的宜居卫星可能极其罕见。
人们认为，卫星可以通过三种方式形成：从行星形成后残留的气体和尘埃环中凝聚；从巨型撞击中被撞入行星轨道的碎片中形成；或者通过与共轨小行星或彗星对的罕见近距离遭遇而被行星引力捕获。但是，这颗新提出的系外卫星未能完全符合任何一种起源故事。它似乎太大，无法轻易地与其行星一起凝聚，而行星本身也太巨大和气态，无法轻易地从任何可以想象到的撞击中喷射出碎片。通过近距离遭遇捕获，尽管有可能，但需要一系列难以置信的完美且不太可能发生的情况。“如果这是真的，这可能会为卫星开辟一个新的形成情景，”德国马克斯·普朗克太阳系研究所的理论家勒内·海勒说，他没有参与这项研究。“实际上，拟议卫星的存在本身就要求我们重新思考我们对‘卫星’的真正概念。”
为了便于理解，请考虑我们太阳系中最大的卫星，木星的木卫三，其质量还不到我们太阳系中最小的行星水星的一半。相比之下，开普勒1625 b的卫星的质量将大约是太阳系中所有类地行星和数百颗卫星质量总和的10倍。海勒说，这表明“这颗卫星的形成方式将与我们太阳系中的任何卫星完全不同。”
即使是这项研究的作者也同意，他们潜在的历史性主张应该让人深思——以前从来没有人确凿地发现过系外卫星，更不用说如此古怪的卫星了。“这颗卫星将具有相当惊人的特性，这充分说明了人们应该持怀疑态度，”哥伦比亚大学助理教授基平说，他在过去十年中率先开展了系外卫星的搜寻工作。“如果这是第10个已知的同类型物体，毫无疑问，我们会称之为‘发现’。但由于它是同类中的第一个，因此需要更高程度的审查……我仍然无法百分之百地说服自己这绝对是真的。”
“我们在这里敦促谨慎——第一颗系外卫星显然是一个非同寻常的主张，它需要非同寻常的证据，”提奇说，他是这项研究的主要作者，也是基平在哥伦比亚大学指导下的博士候选人。“我们现在还没到开香槟庆祝的时候。”
关于这颗潜在的卫星，几乎一无所知，只知道根据估计的大小以及与行星宿主三百万公里的距离，它在那个世界的天空中看起来将是地球自身卫星的两倍大。根据行星-卫星对绕其恒星287天的轨道周期，提奇和基平粗略计算出那里的平均温度可能接近沸水——肯定会感到不舒服的温暖，但对于地球上最顽强的微生物来说，这很容易生存。生物学面临的更大挑战将是行星和卫星都缺乏表面——预计那里不会有外星人。
凌星时被捕捉到
多年来，关于系外卫星的说法来来往往，但有几个说法尤其可信。2013年，科学家报告了潜在探测到的可能是一颗火星到海王星质量的系外卫星，围绕一颗在太空中自由漂浮的木星质量的系外行星运行——或者是一颗木星状的气态巨行星，围绕一颗小而昏暗的恒星运行。无论其性质如何，该系统的最初探测都是由于一种称为引力微透镜的现象，这种现象在任何给定的情况下都只发生一次且完全是偶然的，因此无法再次观察到。然后，在2015年，对围绕“超级土星”系外行星J1407 b发现的巨大环系统的另一项分析表明，多个缺口可能是由可能隐藏在环中的几颗火星到地球质量的系外卫星造成的。然而，除了这些间接的发现之外，没有可信的候选者存在。
突破性发现的最初迹象出现在去年，这是基平和提奇对开普勒庞大数据集中近300颗行星进行为期五年系外卫星搜寻工作的一部分，该数据集包含数千个已知世界。几乎所有开普勒的行星都会凌星，这意味着当从地球上看时，它们会穿过其太阳的表面，向我们投下阴影，天文学家将其测量为恒星短暂的变暗。如果其中一些行星在其宽阔的轨道上孕育着格外巨大的卫星，那么卫星也可能会被探测到凌星，从而在行星经过之前或之后不久，在恒星的光线中留下它们自身小得多的衰减印记。基平和提奇在开普勒1625 b的三次凌星中发现了看起来正是这样的信号。这足以让他们获得40小时的时间，使用哈勃的广域照相机3（WFC3）仪器对行星及其潜在卫星的单次额外凌星进行后续观测，预计发生在2017年10月28日和29日。除了寻找卫星的凌星外，他们的哈勃计划还将尝试确定开普勒1625 b凌星的精确时间，这可能会受到卫星或附近非凌星行星的引力拖曳的影响。
哈勃望远镜的观测精度比开普勒的数据高出四倍，结果表明，开普勒1625 b的凌星确实发生了时间偏移，比计划提前了约75分钟到达——正如人们预期的那样，如果行星的运动受到一颗巨大的伴随卫星的扰动。此外，在行星凌星结束后3.5小时，哈勃望远镜捕捉到了第二次小得多的下降，因为恒星的亮度似乎仅下降了百分之一的五百分之一。恒星由于其表面的星斑和对流模式，亮度会一直下降，但基本的观测测试表明，恒星活动不是这里的原因，基平说。相反，他说，微小的信号与一颗海王星大小的卫星“像狗跟着主人一样拖在行星后面”的情况相符。
唉，基平和提奇分配的哈勃时间在他们能够捕捉到较小凌星结束之前就到期了，这使得他们的数据集不完整，并为卫星的明显阴影可能是其他东西的可能性敞开了大门。
是时候否定它了
约翰·霍普金斯大学的天文学家和哈勃仪器专家彼得·麦卡洛说：“我看不出有什么理由它不会是系外卫星，”“另一方面，我也看不出有什么理由它会是系外卫星。两种说法都是有道理的。”
针对系外卫星假说，麦卡洛和其他熟悉结果的研究人员指出，哈勃的WFC3仪器以经常表现出微小的、难以确定的性能变化而闻名，这些变化可能模仿卫星的微弱信号。此外，他们还指出开普勒任务的最新数据发布，其中新的、最先进的分析方法导致开普勒数据中系外卫星的本已处于临界状态的迹象变得微不足道。“我认为这表明了解释可能有多么的不确定，因为对[开普勒1625 b]的凌星观测太少了，”麦卡洛说。“研究人员完全意识到了这一点——他们是该领域的世界级专家。这只是问题的本质——这很困难。”
提奇和基平坚持认为，在花费了近一年的时间成为自己最严厉的批评者，并尽最大努力解释掉证据之后，他们最非同寻常的主张仍然是最有说服力的。“就我们所知，没有办法否定这个信号——恒星的光线中确实存在第二次下降，”基平说。是的，开普勒1625 b凌星的时间偏移也可能是由于一颗非常巨大的未见行星的影响——但尽管开普勒和哈勃进行了联合仔细观察，但尚未发现这样的行星。“卫星是最简单、最优雅和最自洽的假设——这就是我们支持它的原因。”基平说。“现在是时候让同行来质疑我们的发现了。”
只有一种方法可以真正解决这个问题：更多的数据。美国宇航局即将推出的詹姆斯·韦伯太空望远镜应该完全有能力明确地判断这颗有望成为第一颗系外卫星的物体是否真实存在，但它最早也要到2021年才会发射。与此同时，基平和提奇正在等待另一项哈勃观测提案的批准，该提案将使用两倍的望远镜时间来捕捉开普勒1625 b及其假定卫星在2019年5月下一次预测的穿越期间的完整凌星。
这一次，他们预测卫星将在其轨道的另一侧，凌星将发生在行星本身之前。“我们应该看到一个独立的、清晰的卫星状事件，”基平说。“如果我们看到那个，那么我认为我们就完成了……我认为我们将在这个系统上有一个非常确凿的案例。”当然，除了它是如何形成的之外。