如果你正在系外行星中寻找星球大战中的森林卫星恩多星或阿凡达中的潘多拉，前景可能并不乐观：这种类似地球的卫星可能很罕见，而且存在的卫星可能比任何人想象的都要奇怪。
利用开普勒太空望远镜的数据，来自哥伦比亚大学的一对天文学家可能发现了第一个“系外卫星”的例子：一个海王星大小的世界，围绕着一颗质量是木星10倍的行星运行，该行星距离其太阳的距离约为地球到太阳距离的 80% 到 90%。这颗系外行星被命名为开普勒 1625 b，距离天鹅座 4,000 光年。它的卫星（如果它确实是卫星）的轨道距离行星半径的 17.2 到 21.2 倍，即 747,000 到 922,000 英里。从开普勒 1625 b 的云层顶部看，这颗系外卫星的直径将是从地球上看到的满月的几倍。
找到一颗地球大小、宜居的卫星将是一次重大发现，但根据哥伦比亚天体物理学家亚历克斯·蒂奇和戴维·基平领导的新研究，海王星大小的卫星可能更常见，该研究已发布在预印本服务器 arXiv 上，并已提交给天体物理学杂志。他们的模型显示，如果你访问任何恒星，其行星的轨道距离从与地球相同的距离到地球距离的十分之一，那么你大约有 38% 的机会（且可能更低）遇到一个类似于木星四个伽利略卫星（木卫一、木卫二、木卫三和木卫四）的行星和卫星系统，其卫星与行星直径和轨道与行星半径的比率相似。
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关于行星普遍存在几率的估计各不相同；一些研究表明，类似太阳的恒星大约有十分之一的机会拥有类似地球的行星，例如，而另一些研究则表示，几乎每颗主序星都可能至少有一颗某种类型的行星围绕其运行。
尽管看起来类似地球的卫星是少数，但这可能不是故事的全部。“我不想排除[像我们这样的卫星]，”蒂奇说。“我们研究了 284 颗行星，但在银河系中，我们谈论的是数千亿颗行星。我们的结果并没有排除这些世界；它们只是比我们希望和预期的要罕见得多。”
为了找到这些卫星世界的证据，蒂奇和基平首先梳理了开普勒目录中 284 个候选天体和已确认的系外行星。他们排除了轨道半径小于地球十分之一的天体，因为在这个距离上，卫星系统可能无法在数十亿年的时间尺度内保持围绕其行星的稳定轨道。他们使用平均地球-太阳距离（也称为天文单位）作为外部截止点。利用人口层面的数据，他们能够计算出卫星（及其气体巨星）位于恒星周围宜居带的几率——液态水可能存在的区域。
下一个任务是追踪单个系外卫星。开普勒观测的是当一颗系外行星从恒星前方经过时，恒星亮度发生的轻微变化，这种事件称为凌星。绘制恒星亮度随时间变化的曲线会生成一个 U 形光变曲线。系外卫星会在 U 形曲线的一侧或两侧产生额外的、小的下降。
这就是蒂奇和基平找到他们认为是开普勒 1625 b 卫星的方法。望远镜捕捉到了五次系外行星凌星；三次产生了有用的数据——第三次显示出一些奇怪的东西。“凌星 3 的形状确实让我困惑了一段时间，”蒂奇说。分析数据找出了小的下降，他们认为这表明了他们正在寻找的卫星。“如果[这颗卫星]是真的，那么我们看到它也许不应该太令人惊讶，因为它足够大，至少在某些恒星周围可以被探测为行星。应该更容易发现大型[系外卫星]，”蒂奇说。这是凌星系外行星调查中的一个基本偏差：较大的天体会在恒星亮度上产生较大的变化，因此开普勒更有可能探测到大型行星或卫星。另一个偏差是轨道较短的行星。要确认为行星，一个天体需要凌星至少两次，但开普勒的主要任务只持续了四年半。在太阳系中，木星需要 12 年才能绕太阳运行。外星开普勒任务无法在那么短的时间内确认这颗气体巨星的存在，即使它捕捉到了一次凌星。
下一个问题是这样的行星系统是如何出现的。卫星可以通过三种方式形成：在发育中的行星周围吸积、被行星的引力捕获或来自小行星或行星大小天体的巨大撞击，将其从行星中剥离出来。行星科学家之间普遍认为，吸积极不可能产生质量超过其宿主行星万分之几的卫星。比这更大的卫星——比如月球——可能需要巨大的撞击或捕获。
撞击已被证明在我们太阳系中产生了巨大的卫星，包括我们自己的卫星。但马克斯·普朗克太阳系研究所的天体物理学家勒内·海勒（他没有参与这项研究）表示，他不确定这是否适用于新发现的系外卫星候选者。一对冰冷或岩石的原行星，在一种宽双星系统中形成，它们彼此远离地绕轨道运行，似乎更有可能。“也就是说，我从未见过有研究调查过这种可能性，”他说。“所以这可能是行不通的。无论如何，如果这颗巨大的系外卫星得到证实，它可能需要一个全新的卫星形成模型。”
这颗系外卫星是否存在仍然是一个悬而未决的问题。蒂奇和基平计划从 10 月开始用哈勃太空望远镜观测该系统。与此同时，未参与这项工作的天文学家建议谨慎：华盛顿大学的埃里克·阿戈尔指出，该团队对其结果的信心是基于可能不成立的假设；恒星的亮度可能会略微波动并产生误报。“[确认]的方法正是他们提议要做的事情：用其他望远镜进行后续观测，”他说。
特拉维夫大学的前系外行星研究员托默·霍尔茨说，很可能存在各种各样的卫星。“我不认为存在[系外卫星]是否存在的疑问，”而是它们的稀有性、它们的大小分布、它们绕轨道运行的行星类型等等，他说。
蒂奇就他而言，不想对一颗尚未知晓的卫星的性质进行过多猜测。“让我们先确认这件事，然后我们可以让理论家们弄清楚它是如何到达那里的。”