天文學家已經發現了大量的系外行星——超過 700 個世界圍繞遙遠的恆星執行，還有數千個疑似天體。因此，現在，很自然地，他們開始問：這些行星周圍可能有哪些衛星在軌道上執行呢？
這是一個合理的問題。我們太陽系中的大多數行星都有相當大的天然衛星。在某些行星系統中，系外行星的衛星本身也可能是地外生命適宜居住的棲息地。
為了回答這個問題，一個天文學家團隊目前正在深入研究美國國家航空航天局 (NASA) 的高產系外行星探測飛船開普勒的公開資料，希望能探測到已知首個系外衛星的微弱訊號。
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“這是我長期以來一直非常熱衷的事情，” 大衛·基平說，他去年在倫敦大學學院撰寫了關於系外衛星的博士論文。基平現在是哈佛-史密森天體物理中心 (CfA) 的博士後學者，他正在領導開普勒系外衛星搜尋專案 (HEK)。他和他的同事在最近的一項研究中描述了 HEK 活動，該研究已釋出在預印本網站 arXiv.org 上，並已提交給《天體物理學雜誌》。
“當我剛開始做這件事時，我只是想看看有什麼可能性，”基平說。“隨著研究的深入，我意識到這不僅僅是一個瘋狂的想法。”他和他的同事計算出，如果大型衛星在銀河系中很常見，那麼開普勒可能足夠靈敏來發現它們。
自 2009 年以來，開普勒太空望遠鏡一直在太陽周圍的軌道上尾隨地球，執著地執行一項看似簡單的任務。開普勒用一臺巨大的數碼相機，持續觀測天鵝座附近超過 15 萬顆恆星的區域。它觀測這些恆星的所謂凌星現象——行星從其主恆星前方經過的例項，這會稍微且暫時地降低恆星的視亮度。到目前為止，這項任務已經成果豐碩；開普勒科學家已經發現了 60 多顆新的系外行星，並確定了 2,000 多個等待確認的疑似天體。
其中大約 50 個疑似天體位於所謂的宜居帶中，即恆星周圍溫度允許液態水存在，甚至可能出現生命的區域。位於宜居帶中的類木星或類土星這樣的氣態巨行星，將缺乏固體表面，因此不會是生命的理想棲息地——但它的衛星可能是。“那裡可能有很多宜居衛星，我們想了解它們，”基平說。
如果任何開普勒行星恰好擁有非常大的衛星，那麼衛星的存在將對行星的凌星現象產生細微但可探測的影響。例如，衛星本身可能會在行星凌星之前或之後從恆星前方經過，從而遮擋一小部分星光。或者，一顆巨大的衛星可能會施加足夠強的引力，擾亂行星的軌道，導致行星凌星偏離穩定的、類似時鐘的週期性。
對可能存在的系外衛星進行進一步研究的有希望的訊號，是透過分析大型、可能可探測到的衛星可以在穩定軌道中存在的區域，以及透過傳統的目視檢查來選擇的。後一項工作由明尼蘇達州公民科學家艾倫·施密特領導，他是planethunters.org的資深人士，這是一個線上專案，志願者透過瀏覽公開的開普勒資料來發現新發現的系外行星。“他當時給我發郵件，告訴我這些可能是衛星的候選訊號，”基平回憶說。“我說，‘你在這裡做了這麼多工作，為什麼不加入團隊呢？’他同意了，從那時起，他就一直是我們的全職合作者。他查看了數百張光變曲線，尋找這些閃爍。”
問題在於，要產生可探測到的閃爍，系外衛星的質量必須遠遠超過我們太陽系中發現的任何衛星。“在最好的情況下，開普勒可以發現質量低至地球質量 20% 的衛星，”基平說。這意味著開普勒會錯過像木衛三和土衛六這樣大小的衛星，它們分別是木星和土星最大的衛星——每個衛星的質量只有地球質量的 2% 左右。如果存在更容易的目標，那就是一顆質量與地球大致相當的衛星，圍繞一顆巨行星執行。“我們正在尋找太陽系中不存在的衛星，”基平承認。但太陽系幾乎不能構成自然允許事物的全面樣本——過去二十年的行星搜尋發現的大多數世界都是怪異的天體，與我們熟悉的八顆行星中的任何一顆都不相似。“當你觀察已經發現的系外行星時，我們有充分的理由保持樂觀，”他補充道。
隸屬於開普勒任務的天文學家們正在為 HEK 的努力歡呼，儘管沒有人知道航天器可以探測到的這類系外衛星是否真的存在。“以前有很多事情讓我們感到驚訝，”佛羅里達大學天文學家、開普勒任務的參與科學家埃裡克·福特說。“[地球大小的衛星]是否真的形成，我們不知道。這就是我們應該尋找的原因，”他補充道。“開普勒具有靈敏度，如果它們存在，並且如果它們很常見，那麼我們就可以探測到它們。”
與開普勒合作的 CfA 博士後天體物理學家達林·拉戈辛指出，沒有理由假設太陽系內衛星的尺寸限制是一條普遍規律。“當然，HEK 可以探測到衛星並非不可能，”他說。“開普勒絕對是我們在這方面擁有的最佳機會。”
拉戈辛指出，HEK 的搜尋足夠系統化，即使基平和他的團隊沒有發現任何衛星，他們也將學到一些有價值的東西。“他們正在如此細緻和徹底地進行這項研究，即使沒有任何發現，我們也將學到一些關於系外衛星的知識，”即大型衛星很少見，他說。
基平和他的同事們現在正在準備他們的第一批初步結果以供發表，並希望在年底前對大型衛星的頻率有所說明。“無論我們發現 10 顆衛星還是 0 顆衛星，我的希望是，我們至少可以瞭解大型衛星在開普勒視場和整個星系中有多麼普遍，”他說。