在距离地球近八千光年的地方，有一颗与我们太阳大小差不多的恒星。与我们的太阳系一样，那颗遥远的恒星周围也围绕着一颗与木星大小差不多的行星。但相似之处仅此而已。围绕这颗行星运行的是一个海王星大小的气态巨行星，这可能是太阳系外发现的第一颗卫星，也是有史以来观测到的最大卫星。
在过去的二十年里，科学家们已经证实了近 3800 颗系外行星（即围绕其他恒星运行的行星）的存在。然而，尽管我们太阳系中有近 200 颗已知会围绕行星运行的卫星——仅木星就有至少 79 颗——但迄今为止，研究人员尚未探测到任何围绕系外行星运行的卫星。他们的发现已于 今天 在《科学进展》杂志上发表。
为了寻找这样的“系外卫星”，哥伦比亚大学的天文学家们检查了美国宇航局开普勒太空望远镜关于 284 颗凌星行星的数据——这些行星从它们的恒星和天文台之间经过，导致这些恒星的光线短暂变暗。他们重点关注了绕恒星运行周期超过 30 天的行星——此前的研究表明，运行周期较短的行星可能离恒星太近，以至于任何卫星都无法生存。
科学家们探测到了可能暗示系外行星 Kepler-1625b 附近存在卫星的异常现象。这颗气态巨行星的直径与木星大致相同，它围绕着距离地球约 7825 光年的、位于天鹅座中的太阳质量恒星 Kepler-1625 运行。
研究人员随后申请并获得了美国宇航局哈勃太空望远镜约 40 小时的观测时间，以分析 Kepler-1625b 在其长达 19 小时的凌星过程中穿越其恒星盘面的情况。利用比开普勒精确约四倍的哈勃望远镜，他们探测到两组表明存在系外卫星的明确迹象。“我们确实得出结论，一颗卫星是对现有数据的一个极好的解释，”该研究的资深作者、哥伦比亚大学天体物理学家 David Kipping 说。（在此处阅读更多关于 Kipping 搜寻系外卫星的信息。）
首先，在系外行星从其恒星前面经过后，研究人员探测到 3.5 小时后恒星亮度出现了第二次、幅度更小的下降。这支持了卫星像狗跟着主人一样拖着行星的场景。
其次，天文学家发现这颗行星开始凌星的时间比预测的早了近 80 分钟。这与卫星的引力拉扯导致其行星在其预测位置发生摆动的画面一致。虽然理论上另一颗行星的引力也可能引起这种异常，但开普勒在其为期四年的任务中并未发现这颗恒星周围存在其他行星的证据。
“这听起来像是他们挖到了金子，”法国波尔多大学天体物理学家 Sean Raymond 说，他没有参与这项工作。“卫星确实存在，并且可以被发现。这是系外行星探索令人兴奋的下一步。”
研究人员估计，这颗被命名为 Kepler-1625b-i 的系外卫星的质量仅为其伴星的 1.5%，这个比例几乎与地球和月球的比例相当。然而，即使如此，这颗系外卫星可能依然是巨大的——Kepler-1625b 的质量很可能是木星的数倍，因此其卫星的质量和直径可能与海王星相当。
这颗卫星的大小令人惊讶——“太阳系中所有大型卫星的质量最多约为其宿主行星的万分之一，”Raymond 说。“这对行星和卫星的组合甚至可以被视为一个双行星系统，”哈佛大学天文学系主任 Avi Loeb 说，他没有参与这项研究。
“最大的东西将是最容易被发现的，”Kipping 说。“这可能并不代表一种特别常见的卫星系统——它只是对我们来说最容易发现。”
研究人员估计，这颗系外卫星的轨道距离其行星约 3300 万公里。这意味着它可能足够近，以至于其行星的引力会将其撕裂。但我们太阳系中没有类似的东西可供研究人员直接观察。为了研究行星-卫星对的动力学，研究人员创建了计算机模型来观察两者可能如何相互作用。“在我们进行的模拟中，约有四分之三的情况下，我们发现卫星是完全稳定的，”Kipping 说。“我们没有任何理由相信该轨道是不稳定的。”
Kepler-1625b 绕其恒星运行的距离与地球绕太阳运行的距离大致相同。这使得该系外行星及其卫星处于其恒星的宜居带内——恒星周围温度适宜液态水存在的区域。地球上几乎到处都有水的地方都有生命，因此搜寻外星生命通常集中在宜居带。
Kepler-1625b 及其潜在的新发现的卫星都是气态巨行星，因此无法支持我们所知的生命赖以生存的水体。然而，“如果大型行星周围有其他岩石卫星，它们可能是宜居的，”Loeb 说。“这是对该发现未来进一步研究最令人兴奋的前景。”
这颗潜在系外卫星的大小引发了关于其形成方式的问题。一些卫星，如地球的卫星，被认为是从与其伴星发生巨大撞击后的碎片凝聚而成。另一些，如海王星的卫星特里同，很可能最初是独立的星体，后来才被其行星的引力捕获。然而，哥伦比亚大学天体物理学家、该研究的首席作者 Alex Teachey 表示，这两种情况似乎都不适用于这颗系外卫星——很难想象一次撞击气态巨行星会分裂出一颗卫星，或者如此大的卫星是如何被捕获的。
另一种可能性是，这颗系外卫星可能与它的母行星由相同的物质形成，正如人们对木星及其卫星的推测一样。新的卫星形成模型表明，“一小部分卫星的质量可能达到其宿主行星质量的约 1%，这大致就是 Kepler-1625b 的情况，”Raymond 说。
Kipping 表示，未来搜寻系外卫星的任务很可能会考察比地球离太阳更远的系外行星。他补充说，通过哈勃或即将发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜进行的这些搜寻，甚至可能发现比木星最大卫星更小的系外卫星。
科学家们指出，他们仍然对他们的发现持谨慎态度。“第一颗系外卫星显然是一个非凡的说法，需要非凡的证据，”Teachey 说。“此外，我们计算出的这颗卫星的大小，大约是海王星的大小，这 hardly 得到了预期，所以这也是要谨慎行事的原因。”
研究人员希望再次利用哈勃望远镜来监测 Kepler-1625b，并确认这颗系外卫星的存在。
