天文学家认为他们在遥远的恒星系统中发现了一颗海王星大小的卫星

距离地球近八千光年的地方，有一颗恒星，大小与太阳差不多。和我们自己的太阳系一样，这颗遥远的恒星周围有一颗大小与木星差不多的行星。但相似之处也仅此而已。围绕这颗行星运行的是一颗海王星大小的气态巨星，这可能是太阳系外发现的第一颗卫星，也是迄今为止观测到的最大卫星。

在过去 20 年左右的时间里，科学家已经证实了近 3,800 颗系外行星（即围绕其他恒星运行的行星）的存在。然而，尽管已知有近 200 颗卫星围绕着我们的太阳系中的行星运行（仅木星就有至少 79 颗），但到目前为止，研究人员尚未发现任何围绕系外行星的卫星。他们的发现今天发表在《科学进展》上。

为了寻找这样的“系外卫星”，哥伦比亚大学的天文学家研究了美国宇航局开普勒太空望远镜对 284 颗凌日行星（即从恒星和天文台之间经过，导致恒星光线短暂变暗的行星）的数据。他们重点研究了那些需要 30 多天才能完成绕恒星公转的行星——之前的研究表明，公转时间更短的行星可能距离恒星太近，以至于任何卫星都无法存在。

科学家们发现一些异常现象，暗示系外行星开普勒-1625b 周围有一颗卫星。这颗气态巨行星的直径与木星大致相同，围绕着太阳质量恒星开普勒-1625 运行，距离地球约 7,825 光年，位于天鹅座。

随后，研究人员申请并获得了 NASA 哈勃太空望远镜约 40 小时的观测时间，以分析 Kepler-1625b 在其恒星表面 19 小时的凌日过程。利用比开普勒精确四倍的哈勃望远镜，他们发现了两组表明存在系外卫星的迹象。“我们确实得出结论，卫星是现有数据的绝佳解释，”哥伦比亚大学天体物理学家、这项研究的资深作者 David Kipping 说道。（点击此处阅读有关 Kipping 寻找系外卫星的更多信息。）

首先，当这颗系外行星经过其恒星前方时，研究人员在 3.5 小时后检测到恒星亮度第二次下降，且幅度小得多。这支持了这样一种假设：卫星像狗追随主人一样追随行星。

其次，天文学家发现这颗行星的凌日时间比预期早了近 80 分钟。这与卫星的引力拖拽会导致其行星偏离其预测位置的图景相符。虽然另一颗行星的引力原则上也可能导致这种异常，但开普勒在其四年的任务中没有发现这颗恒星周围有其他行星的证据。

“听起来他们挖到了金子，”法国波尔多大学的天体物理学家肖恩·雷蒙德 (Sean Raymond) 表示，他没有参与这项研究。“卫星就在那里，而且可以找到。这是系外行星探索令人兴奋的下一步。”

研究人员估计，这颗名为 Kepler-1625b-i 的系外卫星的质量仅为其伴星的 1.5%，这一比例接近地球和月球的质量。然而，这仍然意味着这颗系外卫星可能非常庞大——Kepler-1625b 的质量可能是木星的几倍，因此其卫星的质量和直径可能与海王星相当。

这颗卫星的大小令人惊讶——“太阳系中所有大型卫星的质量最多只有其主行星的万分之一，”雷蒙德说。这对卫星如此之大，“甚至可以被视为双行星系统”，哈佛大学天文系主任阿维·勒布说，他没有参与这项研究。

“最大的物体最容易被发现，”基平说。“这可能不代表一种特别常见的卫星系统——但它是我们最容易找到的。”

研究人员估计，这颗系外卫星的轨道距离其所在星球约 3300 万公里。这意味着它可能离其所在星球足够近，以至于其星球的引力足以将其撕裂。但在我们的太阳系中，没有类似的东西可供研究人员直接观察。为了研究行星-月球对的动态，研究人员创建了计算机模型来观察两者如何相互作用。“在我们进行的大约四分之三的模拟中，我们发现月球是完全稳定的，”基平说。“我们没有任何理由相信轨道是不稳定的。”

开普勒-1625b 绕恒星运行的距离与地球绕太阳运行的距离大致相同。这意味着这颗系外行星及其卫星位于其恒星的宜居带内——恒星周围温度足以让液态水存活的区域。地球上几乎任何有水的地方都有生命，因此寻找外星生命的重点往往是宜居带。

开普勒-1625b 及其可能的新发现卫星都是气态巨行星，因此无法支持我们所知的生命生存所需的水体。然而，“如果还有其他岩石卫星围绕这颗大行星运行，它们可能适合居住，”勒布说。“这是未来对这一发现进行跟踪研究最令人兴奋的前景。”

这颗潜在系外卫星的大小引发了人们对其形成方式的疑问。一些卫星，比如地球的卫星，被认为是由巨大撞击其伴星的碎片凝聚而成的。其他卫星，比如海王星的卫星海卫一，可能最初是独立的天体，后来才被其行星的引力所捕获。然而，哥伦比亚大学天体物理学家、这项研究的主要作者亚历克斯·蒂奇说，这两种情况似乎都不适合这颗系外卫星——很难想象撞击一颗气态巨行星会如何分裂出一颗卫星，或者如此大小的卫星如何被捕获。

另一种可能性是，这颗系外卫星可能由与其母行星相同的物质形成，就像人们怀疑木星及其卫星一样。新的卫星形成模型表明，“一小部分卫星最终的质量可能只有其主行星质量的 1%，开普勒-1625b 的情况就是这样，”雷蒙德说。

基平表示，未来寻找系外卫星的行动可能会着眼于距离恒星比地球距离太阳更远的系外行星。他补充说，利用哈勃望远镜或美国宇航局即将推出的詹姆斯·韦伯太空望远镜进行的这些搜索甚至可能发现比木星最大的系外卫星还要小的系外卫星。

科学家们指出，他们仍在敦促大家对他们的发现保持谨慎。“第一颗系外卫星的发现显然是一个非凡的主张，它需要非凡的证据，”蒂奇说。“此外，我们计算出的这颗卫星的大小与海王星差不多，这几乎是意料之外的，所以这也是我们谨慎行事的原因。”

研究人员希望再次利用哈勃望远镜监测开普勒-1625b并确认这颗系外卫星的存在。