天文学家已经发现了大量的系外行星——超过 700 个世界围绕遥远的恒星运行，还有数千个疑似天体。因此，现在，很自然地，他们开始问：这些行星周围可能有哪些卫星在轨道上运行呢？
这是一个合理的问题。我们太阳系中的大多数行星都有相当大的天然卫星。在某些行星系统中，系外行星的卫星本身也可能是地外生命适宜居住的栖息地。
为了回答这个问题，一个天文学家团队目前正在深入研究美国国家航空航天局 (NASA) 的高产系外行星探测飞船开普勒的公开数据，希望能探测到已知首个系外卫星的微弱信号。
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“这是我长期以来一直非常热衷的事情，” 大卫·基平说，他去年在伦敦大学学院撰写了关于系外卫星的博士论文。基平现在是哈佛-史密森天体物理中心 (CfA) 的博士后学者，他正在领导开普勒系外卫星搜寻项目 (HEK)。他和他的同事在最近的一项研究中描述了 HEK 活动，该研究已发布在预印本网站 arXiv.org 上，并已提交给《天体物理学杂志》。
“当我刚开始做这件事时，我只是想看看有什么可能性，”基平说。“随着研究的深入，我意识到这不仅仅是一个疯狂的想法。”他和他的同事计算出，如果大型卫星在银河系中很常见，那么开普勒可能足够灵敏来发现它们。
自 2009 年以来，开普勒太空望远镜一直在太阳周围的轨道上尾随地球，执着地执行一项看似简单的任务。开普勒用一台巨大的数码相机，持续观测天鹅座附近超过 15 万颗恒星的区域。它观测这些恒星的所谓凌星现象——行星从其主恒星前方经过的实例，这会稍微且暂时地降低恒星的视亮度。到目前为止，这项任务已经成果丰硕；开普勒科学家已经发现了 60 多颗新的系外行星，并确定了 2,000 多个等待确认的疑似天体。
其中大约 50 个疑似天体位于所谓的宜居带中，即恒星周围温度允许液态水存在，甚至可能出现生命的区域。位于宜居带中的类木星或类土星这样的气态巨行星，将缺乏固体表面，因此不会是生命的理想栖息地——但它的卫星可能是。“那里可能有很多宜居卫星，我们想了解它们，”基平说。
如果任何开普勒行星恰好拥有非常大的卫星，那么卫星的存在将对行星的凌星现象产生细微但可探测的影响。例如，卫星本身可能会在行星凌星之前或之后从恒星前方经过，从而遮挡一小部分星光。或者，一颗巨大的卫星可能会施加足够强的引力，扰乱行星的轨道，导致行星凌星偏离稳定的、类似时钟的周期性。
对可能存在的系外卫星进行进一步研究的有希望的信号，是通过分析大型、可能可探测到的卫星可以在稳定轨道中存在的区域，以及通过传统的目视检查来选择的。后一项工作由明尼苏达州公民科学家艾伦·施密特领导，他是planethunters.org的资深人士，这是一个在线项目，志愿者通过浏览公开的开普勒数据来发现新发现的系外行星。“他当时给我发邮件，告诉我这些可能是卫星的候选信号，”基平回忆说。“我说，‘你在这里做了这么多工作，为什么不加入团队呢？’他同意了，从那时起，他就一直是我们的全职合作者。他查看了数百张光变曲线，寻找这些闪烁。”
问题在于，要产生可探测到的闪烁，系外卫星的质量必须远远超过我们太阳系中发现的任何卫星。“在最好的情况下，开普勒可以发现质量低至地球质量 20% 的卫星，”基平说。这意味着开普勒会错过像木卫三和土卫六这样大小的卫星，它们分别是木星和土星最大的卫星——每个卫星的质量只有地球质量的 2% 左右。如果存在更容易的目标，那就是一颗质量与地球大致相当的卫星，围绕一颗巨行星运行。“我们正在寻找太阳系中不存在的卫星，”基平承认。但太阳系几乎不能构成自然允许事物的全面样本——过去二十年的行星搜索发现的大多数世界都是怪异的天体，与我们熟悉的八颗行星中的任何一颗都不相似。“当你观察已经发现的系外行星时，我们有充分的理由保持乐观，”他补充道。
隶属于开普勒任务的天文学家们正在为 HEK 的努力欢呼，尽管没有人知道航天器可以探测到的这类系外卫星是否真的存在。“以前有很多事情让我们感到惊讶，”佛罗里达大学天文学家、开普勒任务的参与科学家埃里克·福特说。“[地球大小的卫星]是否真的形成，我们不知道。这就是我们应该寻找的原因，”他补充道。“开普勒具有灵敏度，如果它们存在，并且如果它们很常见，那么我们就可以探测到它们。”
与开普勒合作的 CfA 博士后天体物理学家达林·拉戈辛指出，没有理由假设太阳系内卫星的尺寸限制是一条普遍规律。“当然，HEK 可以探测到卫星并非不可能，”他说。“开普勒绝对是我们在这方面拥有的最佳机会。”
拉戈辛指出，HEK 的搜索足够系统化，即使基平和他的团队没有发现任何卫星，他们也将学到一些有价值的东西。“他们正在如此细致和彻底地进行这项研究，即使没有任何发现，我们也将学到一些关于系外卫星的知识，”即大型卫星很少见，他说。
基平和他的同事们现在正在准备他们的第一批初步结果以供发表，并希望在年底前对大型卫星的频率有所说明。“无论我们发现 10 颗卫星还是 0 颗卫星，我的希望是，我们至少可以了解大型卫星在开普勒视场和整个星系中有多么普遍，”他说。