能發(fā)現(xiàn)我們太陽系之外的行星已經(jīng)是個(gè)夠艱難辛苦的工作了，而當(dāng)提到確認(rèn)地外行星，也就是證實(shí)這些行星是否有衛(wèi)星，亦稱系外衛(wèi)星時(shí)，就是一項(xiàng)更有挑戰(zhàn)性的任務(wù)了。盡管如此，就如關(guān)于地外行星的研究本身，關(guān)于系外衛(wèi)星的研究展現(xiàn)了一些極好的機(jī)會(huì)幫助我們了解更多關(guān)于我們的宇宙。

圖表 1：如題

在所有可能的候選者中，最新的（也是最有可能的）是在2017年7月宣布的那一個(gè)，這顆衛(wèi)星被稱為開普勒-1625 b-i，在離地球大約4000光年外繞著一顆氣體巨星運(yùn)行。但是根據(jù)一個(gè)新研究，這顆系外衛(wèi)星本身實(shí)際上可能是具有海王星大小的氣體巨星，如果真是這樣的話，這將是第一次發(fā)現(xiàn)一個(gè)氣態(tài)巨行星圍繞另一個(gè)氣態(tài)巨行星運(yùn)行。

這個(gè)研究的題目是“巨星系外衛(wèi)星候選者開普勒-1625 b-i的性質(zhì)”，在科學(xué)雜志《天文和天體物理學(xué)》上。這項(xiàng)研究由雷內(nèi)海勒（René Heller）主導(dǎo)，他是馬克斯·普朗克太陽系研究所的一名科學(xué)家，研究開普勒任務(wù)中獲得的光變曲線，來矯正系外衛(wèi)星的質(zhì)量并確定其真實(shí)性質(zhì)。

圖表 2：一位藝術(shù)家對于一顆圍繞氣體巨星運(yùn)行的可居住系外衛(wèi)星的構(gòu)想，圖源：NASA

在太陽系中，衛(wèi)星告訴了我們許多關(guān)于其主行星的形成和演化，同樣，研究系外衛(wèi)星很有可能深入了解太陽系外行星系統(tǒng)。正如海勒博士通過郵件告訴《今日宇宙》的一樣，這些研究也可以闡明這些系統(tǒng)是否有可居住行星：

“衛(wèi)星已經(jīng)被證實(shí)在太陽系中行星的形成和演化的研究中大有幫助。舉個(gè)例子，地球的衛(wèi)星是設(shè)定最初天體物理狀況的關(guān)鍵，比如地球的總質(zhì)量和地球的最初自旋態(tài)，這些條件后來變?yōu)槲覀兊目删幼…h(huán)境。再舉個(gè)例子，圍繞木星的伽利略衛(wèi)星已被用于研究45億年前木星附近初始吸積盤的狀況。這個(gè)吸積盤早就消失了，但從中塵埃中形成的衛(wèi)星仍然存在，所以我們可以利用衛(wèi)星，尤其是它們的現(xiàn)今成分和含水量來研究很久以前行星的形成?！?/p>

當(dāng)說起開普勒-1625恒星系統(tǒng)時(shí)，先前研究能夠根據(jù)開普勒-1625b觀測到的它在其恒星前進(jìn)行的三次凌日估算出開普勒-1625b及其可能的衛(wèi)星的半徑。由這三次觀測到的凌日產(chǎn)生的光變曲線產(chǎn)生一個(gè)理論——開普勒-1625有一個(gè)海王星大小的系外衛(wèi)星圍繞它運(yùn)行，軌道半徑大約是行星半徑的20倍。

但是正如海勒博士在他的研究中表明的，主星（開普勒-1625）的徑向速度測量沒有考慮進(jìn)去，因?yàn)檫@涉及兩個(gè)天體的質(zhì)量估計(jì)。

為了解決這個(gè)問題，海勒博士根據(jù)觀測到的特征，考慮了除行星和其衛(wèi)星的表觀尺寸之外的各種質(zhì)量狀態(tài)。除此之外，他還嘗試把那顆行星和其衛(wèi)星放到太陽系中衛(wèi)星形成的背景下。

圖表 3：藝術(shù)家對于一顆繞著氣態(tài)巨行星旋轉(zhuǎn)的系外衛(wèi)星的印象（左），對于海王星大小的系外行星的想象（右），圖源：NASA/JPL-Caltech

根據(jù)海勒博士描述，第一步就是根據(jù)開普勒觀測到的凌日光變曲線中表現(xiàn)出的性質(zhì)來估計(jì)那顆系外衛(wèi)星候選者和其主星的可能質(zhì)量。

他說：“數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)解讀中顯示這顆主星大約有木星大?。ㄒ园霃奖硎镜某叽纾┑淖匕?，質(zhì)量大約為木星的18倍，但是不確定性很大，主要因?yàn)殚_普勒數(shù)據(jù)的噪聲和低凌日次數(shù)（三次）。事實(shí)上，主星可能是類木星行星甚至是一顆中等大小的棕矮星，質(zhì)量答木星的37倍，而衛(wèi)星候選者的質(zhì)量范圍從幾個(gè)地球質(zhì)量的超級地球到海王星之間不等?！?/p>

下一步，海勒博士把系外衛(wèi)星候選者和開普勒-1625b的相對質(zhì)量的值和太陽系中許多行星及其衛(wèi)星進(jìn)行了比較，這一步是必要的，因?yàn)樘栂抵械男l(wèi)星基于行星的質(zhì)量和它們的衛(wèi)星/行星質(zhì)量比，表現(xiàn)出兩個(gè)不同的群體。這些比較表明衛(wèi)星的質(zhì)量與它的形成方式密切相關(guān)。

舉個(gè)例子，由撞擊形成的衛(wèi)星都相對較重，如地球的衛(wèi)星月球，閔王星的衛(wèi)星查倫（Charon），而由行星吸積盤形成的衛(wèi)星則相對較輕。即使木星的衛(wèi)星木衛(wèi)三是太陽系中質(zhì)量最大的衛(wèi)星，與太陽系中最大最重的木星相比，它仍然很微小。

圖表 4：藝術(shù)家對于從一顆圍繞三星系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)的一顆系外行星附近的假想衛(wèi)星上視角的想象，圖源：NASA

最終，海勒博士得到的結(jié)果相當(dāng)有趣，總的來說，他們表示開普勒-1625b-i無法放入這兩類家族中的任何一個(gè)（較重的撞擊衛(wèi)星vs較輕的吸積盤衛(wèi)星），他是這樣解釋的：

“最合理的假設(shè)表明，衛(wèi)星候選者更重，這意味著它應(yīng)該是通過撞擊形成的，然而，這顆衛(wèi)星如果是真的，很有可能是氣態(tài)的，太陽系中的衛(wèi)星全都是沒有明顯氣體包裹（土衛(wèi)六有層很厚的大氣，但其質(zhì)量可以忽略不計(jì)）的巖石狀或冰狀天體。所以一顆氣態(tài)巨星衛(wèi)星是怎么從一場碰撞中產(chǎn)生的？我不知道，我不知道是否有人知道。

或者，在第三種設(shè)想下，開普勒-1625b-i是被捕捉形成的，但這意味著其極不可能的祖先行星雙星系統(tǒng)，雙星系統(tǒng)被拉入開普勒附近的束縛軌道，同時(shí)一顆行星其先前的伴侶被彈出系統(tǒng)?！?/p>

同樣有趣的是關(guān)于開普勒1625-b質(zhì)量的估計(jì)，海勒博士估計(jì)的平均質(zhì)量是木星的19倍，但有可能高達(dá)木星的112倍。這意味著其主星的質(zhì)量可以從比土星稍微大一點(diǎn)的氣體巨星到一顆棕矮星甚至是甚小質(zhì)量恒星（VLMS），因此，與其說是氣態(tài)巨星繞著氣態(tài)巨星運(yùn)行，不如說是氣態(tài)巨星繞著一顆小型恒星運(yùn)行，它們一同繞著一顆更大的恒星運(yùn)行！

圖表 5：藝術(shù)家對T型棕矮星的設(shè)想，圖源：Tyrogthekreeper/Wikimedia Commons

這是科幻小說里的東西！雖然這項(xiàng)研究不能給開普勒-1625b和它可能的衛(wèi)星提**確的質(zhì)量限定，但其意義是不能否認(rèn)的。除了給天體物理學(xué)家提供了第一個(gè)可能的氣態(tài)巨星衛(wèi)星的例子外，這項(xiàng)研究對于研究系外行星系統(tǒng)具有重大意義，當(dāng)開普勒-1625b-i被證實(shí)的時(shí)候，它就會(huì)告訴我們其主星形成的條件。

同時(shí)，需要更多的觀測來證實(shí)或排除這顆衛(wèi)星的存在可能，幸運(yùn)的是，這些觀測將在不久后進(jìn)行，當(dāng)開普勒-1625b在2017年10月27日進(jìn)行它的下次凌日是，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡就會(huì)觀測！根據(jù)它觀測到的從恒星來的光曲線，科學(xué)家就能更好了解這顆神秘的衛(wèi)星是不是真的以及它的樣子。

“如果在數(shù)據(jù)中證實(shí)不到這顆衛(wèi)星，那么關(guān)于它的大部分研究將不適于開普勒-1625系統(tǒng)，”海勒博士說道，“即使如此，這篇論文提供了一個(gè)例子來研究如何對未來的系外衛(wèi)星進(jìn)行分類以及如何將它們放到太陽系的背景下，或者說，如果開普勒-1625 b-i成了一顆真正的系外衛(wèi)星，那么我的研究就表示我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種一種新型衛(wèi)星，它與我們現(xiàn)今所認(rèn)識的衛(wèi)星有著不同的形成歷史，這一定是天體物理學(xué)家要解開的一個(gè)謎?！?/p>

研究系外行星系統(tǒng)就像在一個(gè)關(guān)著燈的黑暗房間里剝開一個(gè)洋蔥，隨著科學(xué)家成功剝開每一層，他們就會(huì)發(fā)現(xiàn)更多的未知，隨著下一代望遠(yuǎn)鏡的即將部署，我們一定會(huì)學(xué)到更多！

參考資料

1.維基百科全書

2.天文學(xué)名詞

3. 趙丁丁- universetoday

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請于三十日以內(nèi)聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處

翻譯：天文志愿文章組-趙丁丁

審核：天文志愿文章組-

終審：天文志愿文章組-PN結(jié)

排版：天文志愿文章組-零度星系

美觀：天文志愿文章組-

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學(xué)名詞

3.原文來自： https://www.universetoday.com/137615/neptune-sized-exomoon-found-orbiting-jupiter-sized-planet/

（必須保留原文鏈接?。?，請自行插入原文鏈接）

本文由天文志愿文章組-趙丁丁翻譯自universetoday的作品，如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請于三十日以內(nèi)聯(lián)系運(yùn)營者刪除。