发现第一颗系外卫星？别着急 还要再等等
2018年，哥伦比亚大学天文系的Teachey团队通过哈勃望远镜的观测数据宣布他们很可能发现了一颗系外卫星，名叫开普勒1625b-i。如果最终得到确认，这将是人类发现的第一颗系外卫星。这一成果发表于18年10月3日的《科学·进展》杂志[1]。
不过，这其实是Teachey团队再次确认这颗可能的系外卫星的存在了，虽然这次依然没能够完全确定。这又是怎么回事呢？
上期（如何寻找系外卫星？）我们讲到，天文学家们可以通过凌星/日事件来寻找疑似的系外卫星，于是，为了寻找开普勒1625b是否有颗卫星，天文学家们准备上了哈勃空间望远镜。
哈勃空间望远镜的假想图。来源：NASA
01哈勃望远镜：一次“预告谋杀”
2017年10月28-29日，系外行星开普勒1625b将再次凌日（飞过恒星开普勒1625），为此，Teachey团队专程申请了40个小时的观测时间，来看看“火眼金睛”的哈勃望远镜将会看到什么。
这是一次“蓄谋已久”的观测，早在2017年Teachey团队首次宣布这颗卫星可能存在时就已经计划好了[2]。
而且昭告天下：我们要在下一次观测里解决这个问题！
宛如侦探小说里的“谋杀预告”。
这次观测如期进行并顺利完成了。
近期，Teachey团队宣布，他们对这次哈勃望远镜的观测数据进行了处理，确认在精度更高的哈勃望远镜的凌日观测中再次看到了这种“卫星可能产生的缺口”，而且经过几种不同的数据处理方式之后结果依然如此，由此他们认定，这个“缺口”确实意味着某种天文现象，而非观测或者数据处理的问题。
三种“卫星存在模型”下的拟合结果。来源：参考文献[1]
02第一颗系外卫星？目前只是其中一种可能
对于这次的光变信号，系外卫星是最简单直接，因此也是目前可能性最大的一种解释。如果确实是这种情况，那么这颗卫星将是第一颗被确认的系外卫星。
而这颗卫星虽然不至于完全打破我们对太阳系中卫星的“常识”，至少也是有点特殊的存在。
据推算，这颗系外卫星开普勒1625b-i的轨道面与行星开普勒1625b轨道面的夹角约45度，顺行或逆行都有可能。卫星如此之大的轨道倾角，这在太阳系中是非常罕见的，目前只有海卫一有过这样的情况，因此它也被认为是海王星从柯伊伯带里捕获来的。
当然，目前的估计还非常粗略，作者特意强调了，实际可能没有这么大的倾角。
海卫一的轨道（红色）和轨道倾角。来源
估算结果还显示，如果真的有卫星存在，那么这颗卫星距离中心行星约40个行星半径，大小和质量都将和海王星或天王星相当，也就是说，这是一颗非常巨大的卫星。
考虑到行星开普勒1625b仅仅是一颗木星大小的行星，这意味着一颗木星大小的天体（11个地球半径）拥有一颗海王星大小的卫星（4个地球半径），这在太阳系中也非常罕见。或许只有冥王星和冥卫一，还有地球和月球，这两组选手可以与之抗衡（冥卫一的半径大约是冥王星的1/2，月球半径大约是地球的1/4），而目前认为冥卫一和月球都是由撞击形成的。
当然，我们目前对行星开普勒1625b大小的估计也是很粗略的，或许它有木星的几倍大，那么有这么大的卫星就“正常”多了。不过，虽然体积很大，但这颗卫星的质量却只有母行星的1.5%。
↓ 以木星和天王星来类比的话，目前估算的开普勒1625b和它可能的卫星的大小位置关系大概是这样的
好消息也是有的，系外行星开普勒1625b到恒星开普勒1625的距离适宜（差不多是金星到太阳的距离），很可能位于这颗恒星的宜居带上，据最新的推算，表面温度可能低至30摄氏度，非常宜人了，所以如果发现有卫星存在，那么这颗卫星也可就能位于宜居带上了。但坏消息是，开普勒1625b和卫星开普勒1625b-i很可能都是气态天体，几乎不可能适宜生命存在。
本次研究还发现，这颗恒星开普勒1625可能比太阳老得多，已经有90亿年了。这么古老的年龄意味着这个恒星系统中的天体们有足够长的时间来进行轨道演化。
但系外卫星并不是唯一可能的解释。
还有另一颗行星存在的可能性也还不能完全排除。事实上，除了亮度的降低，本次观测到的凌日时间也比预计的早发生了77.8分钟，这个现象叫做凌日时间变化（TTVs）。之所以凌日时间会有变化，是因为有另一颗天体的引力把凌日行星的运动拉快或者拖慢了，这里的“另一颗天体”可能是卫星，也完全有可能是另一颗尚未被发现的行星。事实上，对凌日时间变化的观测也是目前人们发现系外行星/卫星的一种方法。
简答来说，如果一个恒星系统中只有一颗行星，那么每次发生凌日的时间都是固定的，但如果还有另一个天体（这里以另一颗行星为例）刚好飞过附近，那么第二颗天体的引力可能会影响第一颗行星的运动，那么第一颗行星的凌日时间就会发生变化（提前或推后）。
这种来自另一颗行星的引力影响也一样可能会对凌日行星的光变曲线产生干扰，产生类似卫星的光变曲线。不过目前为止我们还没有通过其他观测数据发现这个恒星系统中有第二颗行星，所以系外卫星是最直接和简单的一种解释。
非常不幸的一点是，Teachey团队这次申请的观测时间有点短，以至于在这颗疑似卫星的凌日还没完全结束的时候，观测时间就没了…
注意看红色箭头所指的小缺口并没有完成一个U型。来源：参考文献[1]
上图中也可以清楚地看到，这颗疑似卫星产生的“小缺口”还没有完成U型…这也为此次证实卫星发现的结论打了折扣。
何况，这还只是哈勃望远镜单次观测的结果，还需要多次重复观测到才令人信服。
看来，我们还需要继续等待了。
03参 考
[1] Teachey, Alex; et al. (2018). "Evidence for a large exomoon orbiting Kepler-1625b". Science Advances. 4 (10). doi:10.1126/sciadv.aav1784
[2] Teachey, Alex, David M. Kipping, and Allan R. Schmitt. "HEK. VI. On the Dearth of Galilean Analogs in Kepler, and the Exomoon Candidate Kepler-1625b I." The Astronomical Journal 155.1 (2017): 36.
[3] Nature News | Suspected first exomoon comes into tantalizing focus
https://www.nature.com/articles/d41586-018-06918-9