科學家或許發現第一顆系外衛星:可能“非常適合居住”
系外衛星是指在太陽系之外圍繞某顆行星——稱為“系外行星”——運轉的衛星。自2009年至今,美國國家航空航天局(NASA)的開普勒探測器和凌日系外行星巡天衛星(TESS)任務已經發現了將近4000顆系外行星,但天文學家只對一顆系外衛星進行了描述,並且仍然不確定它是不是一顆衛星。
系外行星開普勒-1625b及其可能的衛星,其大小估計與海王星相當。研究人員稱,這顆潛在衛星以及其他類似的系外衛星,甚至可能具有自己的衛星。
2018年10月,美國哥倫比亞大學的天文學家大衛·基平(David Kipping)和他的研究生亞歷克斯·提徹(Alex Teachey)在《科學進展》(Science Advances)雜誌上首次報告了這顆潛在的系外衛星。
利用NASA的哈勃太空望遠鏡,兩位研究者分析了系外行星開普勒-1625b(Kepler-1625b)飛過恆星時的觀測數據。這是一顆體積與木星相仿的行星,它在經過恆星時會遮擋部分光線。通過對恆星光變曲線的分析,就能確定行星的特徵。
這種觀測方法被稱為凌日(掩星)法。天文學家正是利用該方法發現了數千顆系外行星。不過,在觀察開普勒-1625b飛過恆星前方的過程時,研究者發現了兩個驚喜。首先,這顆系外行星飛過恆星的時間比預計的早了1.25小時,這表明某些東西正在對其產生引力牽引作用。其次,在行星完全經過恆星前方之後,光變曲線中出現了一個很淺的缺口,這可能暗示著開普勒-1625b背後還拖著一顆衛星。
大衛·基平說:“我們已經盡可能排除了其他可能性,比如探測器誤差、系統中其他行星的活動,或者其他恆星的活動等,但我們無法找到其他任何一個假說,能解釋我們手上的所有數據。”
這顆潛在的系外衛星體積與海王星相當,大約為開普勒-1625b的三分之一。一般衛星的體積通常比它繞行的行星小得多,因此這樣的體積相當驚人。就目前的行星-衛星系統形成模型而言,這樣的衛星如果真的存在,那應該是非常罕見的。
據推測,開普勒-1625b的質量大約是木星的幾倍,而潛在衛星的質量可能僅是它的1.5%。這種質量比例類似地球和月球。在地月系統中,月球被認為是岩石行星碰撞的殘骸形成的。不過,天文學家認為開普勒1625b及其可能存在的衛星屬於氣態星球,並不是由岩石組成,因此這顆系外衛星可能是通過不同的過程形成的。
“我們現在還不能急著打開香檳慶祝,”亞歷克斯·提徹說,“但一切看起來很令人興奮,很吸引人,可能也很有說服力。”
在系外衛星上尋找生命?
一些科學家宣稱,系外衛星可能是“非常適合居住”的世界,這意味著它們是很好的生命演化場所。這是因為,這些衛星並不會局限於利用來自系統中母恆星的光能,相反地,它們能從其他地方獲取能量,例如:
反射光。來自附近行星的反射光或熱輻射可以提供長期穩定的溫度,並可能促進生命的演化和繁衍。
放射性元素。諸如鈾、氡等放射性元素可能存在於類似地球體積的系外衛星的岩層深處,隨著時間推移,這些元素緩慢衰變,將熱量釋放到衛星表面。
潮汐力。一顆大型系外行星——如木星或土星的體積——的引力可能會牽扯系外衛星,產生潮汐力,類似於月球對地球的引力作用產生的潮汐變化。當岩石組成的系外衛星表面受到系外行星引力的牽引時,所產生的熱量就能到達衛星表面。
在我們所處的太陽系中,大約存在著175顆衛星。其中許多衛星都具有上述特徵,有兩顆還成為尋找外星生命的有力候選:木星的衛星歐羅巴(木衛二)和土星的衛星恩克拉多斯(土衛二)。
這兩顆衛星都具有冰凍的表面,覆蓋著由行星引力作用造就的蜿蜒條紋,溫度不超過攝氏零下128度。然而,就在它們表面以下幾公里的位置,都存在著巨大的液體海洋,含有超過地球水體總量的液態水。有液態水存在的地方,就可能存在生命。
其他系外衛星在哪裡?
一些天文學家估計,銀河系中可能有很多這種具有亞表面海洋的冰凍衛星,它們的數量或許是類地行星的100到1000倍,但非常難以發現。
開普勒-1625b的母恆星距離地球約8000光年,這一距離使其從地球上看只是非常小的光點,但通過先進的探測技術,科學家能發現行星經過它前方時產生的微弱輪廓。對於開普勒-1625b的這顆衛星,由於它的體積很大,因此探測起來相對較為容易。然而,對於其他體積類似歐羅巴——相當於地球體積的四分之一——的系外衛星,探測它們在恆星前方經過時留下的信號“缺口”就不那麼容易了。在目前的技術條件下,這些缺口太小,無法被清晰辨認。因此,想要找到更多的系外衛星,我們還需要多一點耐心。