如果你正在系外行星中尋找星球大戰中的森林衛星恩多星或阿凡達中的潘多拉，前景可能並不樂觀：這種類似地球的衛星可能很罕見，而且存在的衛星可能比任何人想象的都要奇怪。
利用開普勒太空望遠鏡的資料，來自哥倫比亞大學的一對天文學家可能發現了第一個“系外衛星”的例子：一個海王星大小的世界，圍繞著一顆質量是木星10倍的行星執行，該行星距離其太陽的距離約為地球到太陽距離的 80% 到 90%。這顆系外行星被命名為開普勒 1625 b，距離天鵝座 4,000 光年。它的衛星（如果它確實是衛星）的軌道距離行星半徑的 17.2 到 21.2 倍，即 747,000 到 922,000 英里。從開普勒 1625 b 的雲層頂部看，這顆系外衛星的直徑將是從地球上看到的滿月的幾倍。
找到一顆地球大小、宜居的衛星將是一次重大發現，但根據哥倫比亞天體物理學家亞歷克斯·蒂奇和戴維·基平領導的新研究，海王星大小的衛星可能更常見，該研究已釋出在預印本伺服器 arXiv 上，並已提交給天體物理學雜誌。他們的模型顯示，如果你訪問任何恆星，其行星的軌道距離從與地球相同的距離到地球距離的十分之一，那麼你大約有 38% 的機會（且可能更低）遇到一個類似於木星四個伽利略衛星（木衛一、木衛二、木衛三和木衛四）的行星和衛星系統，其衛星與行星直徑和軌道與行星半徑的比率相似。
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關於行星普遍存在機率的估計各不相同；一些研究表明，類似太陽的恆星大約有十分之一的機會擁有類似地球的行星，例如，而另一些研究則表示，幾乎每顆主序星都可能至少有一顆某種型別的行星圍繞其執行。
儘管看起來類似地球的衛星是少數，但這可能不是故事的全部。“我不想排除[像我們這樣的衛星]，”蒂奇說。“我們研究了 284 顆行星，但在銀河系中，我們談論的是數千億顆行星。我們的結果並沒有排除這些世界；它們只是比我們希望和預期的要罕見得多。”
為了找到這些衛星世界的證據，蒂奇和基平首先梳理了開普勒目錄中 284 個候選天體和已確認的系外行星。他們排除了軌道半徑小於地球十分之一的天體，因為在這個距離上，衛星系統可能無法在數十億年的時間尺度內保持圍繞其行星的穩定軌道。他們使用平均地球-太陽距離（也稱為天文單位）作為外部截止點。利用人口層面的資料，他們能夠計算出衛星（及其氣體巨星）位於恆星周圍宜居帶的機率——液態水可能存在的區域。
下一個任務是追蹤單個系外衛星。開普勒觀測的是當一顆系外行星從恆星前方經過時，恆星亮度發生的輕微變化，這種事件稱為凌星。繪製恆星亮度隨時間變化的曲線會生成一個 U 形光變曲線。系外衛星會在 U 形曲線的一側或兩側產生額外的、小的下降。
這就是蒂奇和基平找到他們認為是開普勒 1625 b 衛星的方法。望遠鏡捕捉到了五次系外行星凌星；三次產生了有用的資料——第三次顯示出一些奇怪的東西。“凌星 3 的形狀確實讓我困惑了一段時間，”蒂奇說。分析資料找出了小的下降，他們認為這表明了他們正在尋找的衛星。“如果[這顆衛星]是真的，那麼我們看到它也許不應該太令人驚訝，因為它足夠大，至少在某些恆星周圍可以被探測為行星。應該更容易發現大型[系外衛星]，”蒂奇說。這是凌星系外行星調查中的一個基本偏差：較大的天體會在恆星亮度上產生較大的變化，因此開普勒更有可能探測到大型行星或衛星。另一個偏差是軌道較短的行星。要確認為行星，一個天體需要凌星至少兩次，但開普勒的主要任務只持續了四年半。在太陽系中，木星需要 12 年才能繞太陽執行。外星開普勒任務無法在那麼短的時間內確認這顆氣體巨星的存在，即使它捕捉到了一次凌星。
下一個問題是這樣的行星系統是如何出現的。衛星可以透過三種方式形成：在發育中的行星周圍吸積、被行星的引力捕獲或來自小行星或行星大小天體的巨大撞擊，將其從行星中剝離出來。行星科學家之間普遍認為，吸積極不可能產生質量超過其宿主行星萬分之幾的衛星。比這更大的衛星——比如月球——可能需要巨大的撞擊或捕獲。
撞擊已被證明在我們太陽系中產生了巨大的衛星，包括我們自己的衛星。但馬克斯·普朗克太陽系研究所的天體物理學家勒內·海勒（他沒有參與這項研究）表示，他不確定這是否適用於新發現的系外衛星候選者。一對冰冷或岩石的原行星，在一種寬雙星系統中形成，它們彼此遠離地繞軌道執行，似乎更有可能。“也就是說，我從未見過有研究調查過這種可能性，”他說。“所以這可能是行不通的。無論如何，如果這顆巨大的系外衛星得到證實，它可能需要一個全新的衛星形成模型。”
這顆系外衛星是否存在仍然是一個懸而未決的問題。蒂奇和基平計劃從 10 月開始用哈勃太空望遠鏡觀測該系統。與此同時，未參與這項工作的天文學家建議謹慎：華盛頓大學的埃裡克·阿戈爾指出，該團隊對其結果的信心是基於可能不成立的假設；恆星的亮度可能會略微波動併產生誤報。“[確認]的方法正是他們提議要做的事情：用其他望遠鏡進行後續觀測，”他說。
特拉維夫大學的前系外行星研究員託默·霍爾茨說，很可能存在各種各樣的衛星。“我不認為存在[系外衛星]是否存在的疑問，”而是它們的稀有性、它們的大小分佈、它們繞軌道執行的行星型別等等，他說。
蒂奇就他而言，不想對一顆尚未知曉的衛星的性質進行過多猜測。“讓我們先確認這件事，然後我們可以讓理論家們弄清楚它是如何到達那裡的。”