科學家發現了奇妙的系外行星系統

能發現我們太陽系之外的行星已經是個夠艱難辛苦的工作了，而當提到確認地外行星，也就是證實這些行星是否有衞星，亦稱系外衞星時，就是一項更有挑戰性的任務了。儘管如此，就如關於地外行星的研究本身，關於系外衞星的研究展現了一些極好的機會幫助我們瞭解更多關於我們的宇宙。

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月宣佈的那一個，這顆衞星被稱為開普勒-1625 b-i，在離地球大約4000光年外繞着一顆氣體巨星運行。但是根據一個新研究，這顆系外衞星本身實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，這將是第一次發現一個氣態巨行星圍繞另一個氣態巨行星運行。

這個研究的題目是“巨星系外衞星候選者開普勒-1625 b-i的性質”，在科學雜誌《天文和天體物理學》上。這項研究由雷內海勒（René Heller）主導，他是馬克斯·普朗克太陽系研究所的一名科學家，研究開普勒任務中獲得的光變曲線，來矯正系外衞星的質量並確定其真實性質。

圖表 2：一位藝術家對於一顆圍繞氣體巨星運行的可居住系外衞星的構想，圖源：NASA

在太陽系中，衞星告訴了我們許多關於其主行星的形成和演化，同樣，研究系外衞星很有可能深入瞭解太陽系外行星系統。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是否有可居住行星：

“衞星已經被證實在太陽系中行星的形成和演化的研究中大有幫助。舉個例子，地球的衞星是設定最初天體物理狀況的關鍵，比如地球的總質量和地球的最初自旋態，這些條件後來變為我們的可居住環境。再舉個例子，圍繞木星的伽利略衞星已被用於研究45億年前木星附近初始吸積盤的狀況。這個吸積盤早就消失了，但從中塵埃中形成的衞星仍然存在，所以我們可以利用衞星，尤其是它們的現今成分和含水量來研究很久以前行星的形成。”

當説起開普勒-1625恆星系統時，先前研究能夠根據開普勒-1625b觀測到的它在其恆星前進行的三次凌日估算出開普勒-1625b及其可能的衞星的半徑。由這三次觀測到的凌日產生的光變曲線產生一個理論——開普勒-1625有一個海王星大小的系外衞星圍繞它運行，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去，因為這涉及兩個天體的質量估計。

為了解決這個問題，海勒博士根據觀測到的特徵，考慮了除行星和其衞星的表觀尺寸之外的各種質量狀態。除此之外，他還嘗試把那顆行星和其衞星放到太陽系中衞星形成的背景下。

圖表 3：藝術家對於一顆繞着氣態巨行星旋轉的系外衞星的印象（左），對於海王星大小的系外行星的想象（右），圖源：NASA/JPL-Caltech

根據海勒博士描述，第一步就是根據開普勒觀測到的凌日光變曲線中表現出的性質來估計那顆系外衞星候選者和其主星的可能質量。

他説：“數據的動態解讀中顯示這顆主星大約有木星大小（以半徑表示的尺寸）的棕矮星，質量大約為木星的18倍，但是不確定性很大，主要因為開普勒數據的噪聲和低凌日次數（三次）。事實上，主星可能是類木星行星甚至是一顆中等大小的棕矮星，質量答木星的37倍，而衞星候選者的質量範圍從幾個地球質量的超級地球到海王星之間不等。“

下一步，海勒博士把系外衞星候選者和開普勒-1625b的相對質量的值和太陽系中許多行星及其衞星進行了比較，這一步是必要的，因為太陽系中的衞星基於行星的質量和它們的衞星/行星質量比，表現出兩個不同的羣體。這些比較表明衞星的質量與它的形成方式密切相關。

舉個例子，由撞擊形成的衞星都相對較重，如地球的衞星月球，閔王星的衞星查倫（Charon），而由行星吸積盤形成的衞星則相對較輕。即使木星的衞星木衞三是太陽系中質量最大的衞星，與太陽系中最大最重的木星相比，它仍然很微小。

圖表 4：藝術家對於從一顆圍繞三星系統旋轉的一顆系外行星附近的假想衞星上視角的想象，圖源：NASA

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

“最合理的假設表明，衞星候選者更重，這意味着它應該是通過撞擊形成的，然而，這顆衞星如果是真的，很有可能是氣態的，太陽系中的衞星全都是沒有明顯氣體包裹（土衞六有層很厚的大氣，但其質量可以忽略不計）的岩石狀或冰狀天體。所以一顆氣態巨星衞星是怎麼從一場碰撞中產生的？我不知道，我不知道是否有人知道。

或者，在第三種設想下，開普勒-1625b-i是被捕捉形成的，但這意味着其極不可能的祖先行星雙星系統，雙星系統被拉入開普勒附近的束縛軌道，同時一顆行星其先前的伴侶被彈出系統。”

同樣有趣的是關於開普勒1625-b質量的估計，海勒博士估計的平均質量是木星的19倍，但有可能高達木星的112倍。這意味着其主星的質量可以從比土星稍微大一點的氣體巨星到一顆棕矮星甚至是甚小質量恆星（VLMS），因此，與其説是氣態巨星繞着氣態巨星運行，不如説是氣態巨星繞着一顆小型恆星運行，它們一同繞着一顆更大的恆星運行！

圖表 5：藝術家對T型棕矮星的設想，圖源：Tyrogthekreeper/Wikimedia Commons

這是科幻小説裏的東西！雖然這項研究不能給開普勒-1625b和它可能的衞星提供精確的質量限定，但其意義是不能否認的。除了給天體物理學家提供了第一個可能的氣態巨星衞星的例子外，這項研究對於研究系外行星系統具有重大意義，當開普勒-1625b-i被證實的時候，它就會告訴我們其主星形成的條件。

同時，需要更多的觀測來證實或排除這顆衞星的存在可能，幸運的是，這些觀測將在不久後進行，當開普勒-1625b在2017年10月27日進行它的下次凌日是，哈勃太空望遠鏡就會觀測！根據它觀測到的從恆星來的光曲線，科學家就能更好了解這顆神秘的衞星是不是真的以及它的樣子。

“如果在數據中證實不到這顆衞星，那麼關於它的大部分研究將不適於開普勒-1625系統，”海勒博士説道，“即使如此，這篇論文提供了一個例子來研究如何對未來的系外衞星進行分類以及如何將它們放到太陽系的背景下，或者説，如果開普勒-1625 b-i成了一顆真正的系外衞星，那麼我的研究就表示我們已經發現了一種一種新型衞星，它與我們現今所認識的衞星有着不同的形成歷史，這一定是天體物理學家要解開的一個謎。”

研究系外行星系統就像在一個關着燈的黑暗房間裏剝開一個洋葱，隨着科學家成功剝開每一層，他們就會發現更多的未知，隨着下一代望遠鏡的即將部署，我們一定會學到更多！

參考資料

1.維基百科全書

2.天文學名詞

3. 趙丁丁-universetoday

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