它们是不是系外卫星？科学家争论太阳系外是否存在第一颗卫星

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围绕太阳系外行星运行的系外卫星插图（图片来源:美国国家航空航天局·GSFC/杰伊·弗里兰德和布里特·格里斯沃尔德）

（）据美国太空网（罗伯特·李）：天文学家一直知道在太阳系外的行星周围发现卫星不是一件容易的事——但目前行星科学界激烈的一场辩论表明，探测这些所谓的系外卫星有多困难。

故事始于2018年，当时包括哥伦比亚大学天文学助理教授大卫·基平在内的天文学家认为他们首次探测到系外卫星。该主题是在系外行星开普勒-1625b周围发现的，该行星是一个类似木星的世界，距离地球约8000光年。开普勒太空望远镜最初发现了它。

在据称被发现后，开普勒-1625b的卫星被恰当地命名为“开普勒-1625 b I”。后来，它似乎得到了哈勃太空望远镜数据的进一步证实。然后，在2022年，另一个团队（也包括基平）似乎发现了第二个系外卫星，这一次仅使用开普勒太空望远镜。据称，这一物体是围绕开普勒-1708 b运行的，开普勒-1708 b是一颗距离地球约5400光年的气体巨星，质量是木星的4.6倍。潜在的第二个系外月球与第一个有着相似的名字；它被命名为“开普勒-1708 b I”。

这两个卫星不像太阳系中发现的任何东西。例如，它们都显示出比地球更大的尺寸，这使它们在规模上类似于一类被称为“迷你海王星”的系外行星。在这方面，第一批系外卫星似乎反映了一些第一批系外行星的发现，其中包括科学家们没有预料到的东西，比如木星大小的世界依偎着它们的恒星和围绕快速旋转的中子星（称为脉冲星）运行的行星。

尽管开普勒-1625 b . I和开普勒-1708 b . I的发现者——让我们称他们为“亲系外卫星团队”——对卫星的存在持开放态度，并且直到今天仍鼓励健康的怀疑态度，但似乎可以肯定的是，在几十年来只定位系外行星后，人类找到了第一颗系外卫星。

直到2023年底，由马克斯·普朗克太阳系研究所科学家勒内·海勒领导的另一个天文学家小组——如果你愿意，可以称为“无系外月球小组”——在《自然·天文学》杂志上发表的一篇论文中对这两个系外月球发现提出了质疑。

基平和他的同事们现在进行了反击，发表了一篇研究论文，发表在论文资源库arXiv的预印本上，并为他们的系外月球发现进行了辩护。

“我相信开普勒-1625b和开普勒-1708b是完美有效的系外月球候选者，我认为我们已经令人信服地证明了这一点，”基平告诉Space.com。“那么我认为到底发生了什么，为什么他们没有登上月球？”

月外差异

用于探测这两颗系外行星的技术类似于凌日法，迄今为止凌日法已经在系外行星目录中发现了5000多颗行星中的一大部分。

凌日法的关键在于探测来自行星母星的微小光线下降，这种下降是在我们从宇宙中的有利位置观察行星穿过或“凌日”该恒星表面时产生的。同样的原理也适用于系外卫星，尽管规模要小得多。如果当行星经过其恒星时，这些卫星正好在它们所绕行星的正确位置上，那也应该会导致光线下降，尽管这种下降更不明显。

然而，这样一个微小的光降提示了开普勒-1625 b I和开普勒-1708 b I的存在。然而，由于系外卫星过境导致的光输出下降非常微小，因此无法直接看到。相反，需要强大的计算软件算法才能从望远镜数据中梳理出来。

基平表示，他的“亲系外月球”团队和海勒的“非系外月球”团队使用了来自相同望远镜的相同数据，但开普勒-1625 b I和开普勒-1708 b I的消失可能是由于团队通过所采用的算法处理数据的方式造成的。

基平告诉Space.com，由于他们选择的分析哈勃和开普勒望远镜数据的软件，“非系外月球”团队可能错过了开普勒-1708 b I。尽管该软件与他和“亲地外月球”团队使用的软件有关，但仍略有不同。

“我们使用的软件包几乎是彼此的双胞胎。他们的包装更新了很多。它才出现了几年，而我们正在使用的这个已经出现了大约十年左右，甚至可能更长，”基平解释道。“真正的答案是他们的算法无法找到月球。并不是说月球不在他们的数据中。”

Kipping还表示，“no-exomoon”团队使用了他们的软件，该软件通常非常可靠，超出了默认模式，而是在一种对处理数据的步骤数量敏感的模式下使用。这可以解释为什么在他们的计算过程中遗漏了系外卫星。

对于开普勒-1625 b I，海勒和他的“无系外月”团队提出了一种称为“恒星边缘变暗”的效应，这意味着恒星的边缘比中心更暗，影响了拟议的系外月信号。海勒的团队认为，恒星边缘变暗实际上比系外卫星的存在导致的变暗更好地解释了对母星的观察。

基平认为，这不是反对系外月球候选者的有效理由，因为他和他的“亲系外月球”团队在首次提出开普勒-1625 b I存在时就已经考虑到了这种边缘变暗的情况。

“我们在原始论文中考虑了肢体变黑的问题，所以这不是我们搞砸了然后忘记了它，”他解释道我认为这个洞点在我的书里是一种转移注意力的东西；这并不影响对系外卫星的论证。"



一张信息图显示了可能产生类似系外卫星信号的影响。（图片来源:MPS/hormesdesign.de）

外星卫星揭秘小组的首席研究员René Heller已经查看了Kipping及其团队的返回文件，但并不相信开普勒-1625 b I和开普勒-1708 b I的存在。

“我在论文中没有看到任何新的东西会改变我对开普勒-1625b和开普勒-1708b是没有大卫星的行星的看法。他们的新论文主要围绕我们的工作展开，并试图在我们的推理中找出弱点。海勒告诉Space.com:“在现代科学中，这是一个自然且非常受欢迎的过程，尽管在这种情况下，我没有看到任何重大进展。”“我反驳反驳他们的反驳我们反驳他们的主张的想法。我认为争论仍未解决，这没什么。我们继续前进吧！”

海勒和基平都同意继续前进的想法——至少目前是这样。

开普勒-1625 b I和开普勒-1708 b是不是太“怪异”了

这些系外卫星出现在凌日法中的全部原因是它们是巨大的迷你海王星大小的天体，直径可能是地球的1.6倍至4倍。如果他们在那里，他们是巨大的。

基平认为这是它们太不寻常而不能被广泛接受为第一批系外卫星发现的部分原因。

“我认为开普勒-1625 b I和开普勒-1708 b I有很多疑点，因为它们都很奇怪。它们都像迷你海王星大小的卫星，对吗？每个人都在问，‘这是谁点的？’“宇宙是如何制造出如此奇异的东西的？””他说然后这个争议一点帮助都没有。它们现在损坏太严重了。"

基平现在打算使用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）来寻找与我们在太阳系中看到的卫星更接近的系外卫星。

他说:“我的策略，也许是错误的策略，是让我们看看能否获得一些更熟悉的JWST卫星，类似于我们太阳后院的木卫一和木卫二等卫星。”“希望这将建立当时看到这些系外卫星的信心，它们真的很有趣，我们应该回去再看一次。”



一幅插图显示了一个怪异的迷你海王星大小的系外卫星围绕一颗系外行星运行（图片来源:丹·杜尔达）

基平非常清楚，无论最终答案是“系外月球”还是“没有系外月球”，团队结论之间的分歧都不会对任何一组科学家产生不利影响。相反，它只是表明在望远镜技术取得重大进展之前，探测太阳系外行星周围的卫星将是多么具有挑战性。

“这是一项非常具有挑战性的工作，我不会假装不是这样。他说:“寻找系外卫星时，我们寻找的是这些望远镜都无法探测到的信号。”“我们认为我们可以从他们身上获得那种科学知识。但是它把这些仪器，尤其是开普勒和哈勃推到了它们所能做到的极限。

“因此，你所做的决定和你对如何做的选择，你使用什么算法，你如何对待数据，都可能决定成败。”

基平认为，这两个团队之间的分歧为寻找系外月球的科学家提供了比较方法并就寻找这些微小遥远天体的最佳方法达成一致的机会。

希望有一天，一种完善的系外卫星探测方法能够让这两组有才华、有激情的科学家联合起来，共同研究一种他们能够达成一致的系外卫星探测方法。