克卜勒-1625b和開普勒-1708b行星周圍的巨型系外行星的發現引起了人們的質疑。就像我們可以假設銀河系中的恆星都有行星圍繞著一樣，這些系外行星周圍的衛星也應該不罕見。這就增加了探測它們的難度。迄今為止，在已知的5300 多顆系外行星中，只有兩顆被發現有衛星。

這幅藝術家的作品展示了一顆圍繞類太陽恆星運行的氣態巨型系外行星，開普勒-1625b 就是一個例子。資料來源：美國國家航空暨太空總署

在克卜勒和哈伯太空望遠鏡對克卜勒-1625b和克卜勒-1708b行星的觀測中，研究人員首次發現了這類衛星的蹤跡。現在，一項新的研究使人們對先前的這些說法產生了懷疑。德國馬克斯-普朗克太陽系研究所（Max Planck Institute for Solar System Research）和松恩貝格天文台（Sonnenberg Observatory）的科學家在《自然-天文學》（Nature Astronomy）雜誌上報告說，對觀測結果的”純行星”解釋更具說服力。

在分析過程中，研究人員使用了他們新開發的電腦演算法潘朵拉（Pandora），該演算法可以促進和加速外氣雲的搜尋。他們也研究了在現代天基天文觀測中原則上能發現哪種系外衛星，他們的答案令人震驚。

系外衛星： 觀測中的罕見現象

在我們的太陽系中，一顆行星被一顆或多顆衛星環繞的事實是常規而非例外：除了水星和金星之外，其他行星都有這樣的伴星；就氣態巨行星土星而言，研究人員至今已經發現了140 顆天然衛星。因此，科學家認為遙遠恆星系統中的行星很可能也有衛星。然而，到目前為止，只有兩個案例有證據表明存在這種系外衛星： 開普勒-1625b和開普勒-1708b。這種低產量並不令人意外。畢竟，遙遠的衛星要比它們的母星小得多，因此更難發現。而且，從成千上萬顆系外行星的觀測數據中尋找衛星的證據是非常耗時的。

為了讓搜尋更簡單、更快速，新研究的作者們使用了名為”潘朵拉”（Pandora）的搜尋演算法。他們在去年公佈了他們的方法，所有研究人員都可以使用該演算法的開放原始碼。當應用到開普勒-1625b和開普勒-1708b的觀測資料時，結果令人吃驚。

新研究的第一作者、MPS科學家勒內-海勒博士說：”我們本想證實在開普勒-1625b和開普勒-1708b周圍發現系外衛星，但不幸的是，我們的分析卻顯示了相反的結果。”

五年前，類似木星的克卜勒-1625b行星成為頭條新聞。紐約哥倫比亞大學的研究人員報告說，有確鑿證據表明，在它的軌道上有一顆巨大的衛星，其尺寸可以使太陽系中的所有衛星相形見絀。科學家分析了美國國家航空暨太空總署開普勒太空望遠鏡的數據，該望遠鏡在2009年至2013年的首次任務期間觀測了10萬多顆恆星以及2000多顆系外行星。

然而，在2018年發現說法之後的幾年裡，這顆候選外行星迫使天文學家玩起了宇宙版的捉迷藏。首先，在開普勒資料清除了系統雜訊之後，它就消失了。然而，在哈伯太空望遠鏡的進一步觀測中又發現了線索。去年，這個非同尋常的外行星候選者又有了伴兒：據紐約的研究人員稱，另一顆比地球大得多的巨型衛星圍繞著木星大小的行星開普勒-1708b運行。

有幾種影響因素可以在光曲線中產生類似月球的訊號–即使沒有真正的月球存在。圖片來源：MPS/hormesdesign.de

探測系外衛星的複雜任務

雷內-海勒博士解釋說：”系外衛星距離我們非常遙遠，即使使用最強大的現代望遠鏡，我們也無法直接看到它們。”

望遠鏡會記錄遙遠恆星的亮度波動，其時間序列稱為光曲線。然後，研究人員從這些光曲線中尋找衛星的跡象。從地球來看，如果系外行星從恆星前方經過，就會讓恆星變暗一小部分。這種現象稱為凌日，它隨著行星繞恆星運行的週期而有規律地重複出現。伴隨這顆行星的外小行星也會產生類似的變暗效果。不過，它在光曲線上的痕跡會弱很多。

此外，由於月球和行星圍繞著它們的共同重心運動，光曲線上的這種額外的變暗將遵循相當複雜的模式。此外，還有其他一些影響需要考慮，例如行星-月球日食、恆星的自然亮度變化以及望遠鏡測量過程中產生的其他噪音源。

儘管如此，為了探測到衛星，紐約的研究人員和他們的德國同事首先計算了數百萬條”人造”光變曲線，包括所有可能的行星和衛星的大小、相互距離和軌道方向。然後，一種演算法將這些模擬光變曲線與觀測到的光變曲線進行比較，尋找最佳匹配。哥廷根大學和松內貝格大學的研究人員使用了他們的開源演算法”潘朵拉”（Pandora）。”潘朵拉”演算法專為搜尋外行星而最佳化，解決這項任務的速度比以前的演算法快幾個數量級。

依然沒有衛星的痕跡

在克卜勒-1708b行星的案例中，這對德國天文學家組合現在發現，沒有衛星的情況與有衛星的情況一樣能準確解釋觀測數據。來自松內貝格天文台的邁克爾-希普克（Michael Hippke）是這項新研究的合著者之一。”這些數據並不表示開普勒-1708b周圍存在一顆外衛星。”

有許多證據表明，開普勒-1625b 也沒有巨型衛星。此前，開普勒望遠鏡和哈伯望遠鏡已經觀測到這顆行星在其恆星前的凌日現象。德國研究人員現在認為，恆星在其盤面上的瞬時亮度變化，即所謂的恆星邊緣變暗效應，對所提出的外衛星訊號有著至關重要的影響。

透過克卜勒望遠鏡或哈伯望遠鏡觀察開普勒-1625b的母星，這種邊緣變暗效應看起來是不同的。這是因為克卜勒望遠鏡和哈伯望遠鏡對接收到的不同波長的光線非常敏感。哥廷根大學和松內貝格大學的研究人員現在認為，他們對這種效應的建模比巨型系外衛星更能確鑿地解釋這些數據。

他們新近進行的大量分析也表明，外小行星搜尋演算法經常會產生不可靠的結果。他們一次又一次地”發現”了一顆衛星，而實際上只有一顆行星在穿越它的主星。就開普勒-1625b這樣的光變曲線而言，”誤中”率可能在11%左右。海勒說：『我們來自紐約的同事早些時候聲稱的系外行星是搜尋數十顆系外行星周圍衛星的結果。根據我們的估計，出現不可靠結果一點也不奇怪，幾乎在意料之中。”

奇怪的衛星

研究人員還利用他們的演算法預測了可以透過開普勒等空間任務的光線曲線清晰探測到的實際外行星的類型。根據他們的分析，目前的技術只能探測到在寬軌道上圍繞行星​​運行的特別大的衛星。與我們熟悉的太陽系衛星相比，這些衛星都是怪胎：大小至少是太陽系最大衛星”木衛三”的兩倍，因此幾乎和地球一樣大。

海勒說：”在未來的觀測中，例如在PLATO 任務中發現的第一批系外衛星，肯定會非常不尋常，因此探索起來令人興奮。”

編譯來源：ScitechDaily