地球上生命的进化离不开月球，对于系外行星也很有可能。地外卫星甚至比行星本身更有可能孕育生命。但是很难发现这些隐藏在星光背后的天体。它们的信号可能隐藏在星光微弱的亮度变化中，也可能隐藏在长闪烁周期的短暂波动中。
我们将看到，在不断升级的望远镜和全球合作的帮助下，人类正在逐步接近系外卫星。
作者|丽贝卡博伊尔
翻译|徐
1655年，丹麦天文学家克里斯蒂安克里斯蒂安惠更斯建造了一个折射望远镜，并将其对准土星。他认为行星被一个实心的环包围着，打算观察环的倾角是如何随时间变化的。但是，他在观测中看到了意想不到的东西，——，一颗巨大的卫星(现在我们称之为泰坦或泰坦)。土星已经成为继地球和木星之后第三颗有卫星的行星。在太阳系里，像土星这样的环真的很少，但卫星很常见。
直到20世纪末，人类已知的行星只有八颗内行星，包括地球，沐浴在太阳光中。然而，自20世纪90年代以来，人们对行星的认识发生了变化，天文学家发现了第一颗太阳系外行星。到2009年，当开普勒太空望远镜将镜头对准宇宙深处时，过去的认识被彻底颠覆了。我们现在知道宇宙中充满了行星，远比恒星多得多。我们没有发现一颗看起来像地球的行星，也没有证明一颗系外行星有卫星，但我们正在一步步接近这些目标。
21世纪初，天文学家通过遮挡星光发现了一些系外行星，开始考虑系外卫星，2018年开始的一些研究也发现了几个有希望的候选。事实上，能够准确定位太阳系外行星的卫星将是我们理解宇宙的又一个里程碑。通过这项工作，我们将确认这些卫星是宇宙中普遍存在的还是罕见的；一般比它们的主行星大或小；它们通常伴随着母星的形成，还是在母星形成后出生在灾难性的事件；这些卫星是一起形成的还是单独出现的？
中国台湾省中央研究院天文与天体物理研究所博士后亚历克斯蒂奇和他的同事发现，一颗系外行星开普勒-1625b可能有一颗卫星。他说：“每次我们看到一颗系外行星，我都会把它当成一面反映地球历史的镜子。我们在哪些方面是平凡的，在哪些方面是独特的？就在我们开始观察那些奇怪的系外行星系统的时候，我们可能会对系外卫星的陌生感感到惊讶。”
卫星红利
无论是在太阳系还是在我们目前所能看到的范围内，地球仍然是独一无二的。毕竟，它是我们所知道的唯一一颗孕育生命的行星，也是唯一一颗表面被活跃的内部活动塑造的行星。——的板块结构使生命得以扩散和进化。它也是唯一一颗大气层厚到足以维持液态水存在的行星。它的季节变化规律，可以长期保持稳定。同时与太阳保持一个公正的距离，既不太冷也不太热。但是
rong-Bold">这些维持生命存在的前提，或多或少都和月球有关。
月球在地球历史上所扮演的角色可以追溯到约45亿年前，那时候一颗与目前火星大小相近的行星与诞生不久的地球发生了碰撞，这场灾难性的事件遗留下了一个炽热的椭球形地球和一个同样炽热的月球。从那时候开始，月球持续冷却，并且不断远离地球。随着时间推移，月球远离，地球因为引力作用开始变得更圆，地壳在月球潮汐力下弯曲。地壳的变形可能导致了早期板块的出现。同时，月球的远离也减慢了地球的自转，每经过一个世纪，就会让地球的一天变长大约两毫秒。
相对于地球来说，月球非常重，我们所处行星的质量仅是卫星的81倍。相较于太阳系其他的行星-卫星系统来说，这个比值很小。正是因为质量比值小，月球引力保证了地球的自转轴始终相对于公转轴保持23.5度的倾斜，这个稳定的结构保证地球长久不变的季节更替。除此之外，地球海洋的潮汐主要是月球引起的，这种现象塑造了海岸线，孕育了海洋里的诸多生物。月球的潮汐力很可能在生物演化中起到了至关重要的作用，驱使植物和四足动物离开海岸边的盐沼登上陆地。
要说地球这个单一样本的过去给我们提供了哪些启示，那就是系外行星如果没有卫星将会完全不同。没有卫星的系外行星可能只是毫无生机的石头，注定像火星一样随着时间流逝发生倾斜，时而极寒时而酷热，大气无法稳定存在，生命也注定无法长久。系外卫星如果存在，甚至其本身可能会比宿主行星更加适合生命存在。因此，想要寻找太阳系外的生命，需要关注那些更可能具有卫星的行星，甚至是卫星本身。
惠更斯不知道的是，他所发现的土卫六，那颗橘红色的星球上充斥着甲烷和乙烷的江河湖海，实在太像一颗行星了。虽然对于我们或者任何我们已知的生物来说，土卫六都不是宜居的星球，但是它有液态的环境，同时有足够厚的大气层，意味着它为混合生命所需的要素提供了机会，也就是为孕育生命提供了机会。反观其宿主行星土星，由于具有太强的引力和大团的氨气，永远没法成为孕育生命的摇篮。类似的情况对于木星同样适用，木星像是半个恒星，具有强大的辐射带以及对地球生命来说致命的气体层，但是它的卫星就不一定有这样的问题。
“根据对太阳系的了解，我们认为像木星这样的行星可以有相当大的卫星，足以拥有液态水，” 安大略省西方大学的研究生克里斯·福克斯（Chris Fox）说道，“如果一个木星位于太阳系的宜居带上，你可以看到一个像地球一样的卫星，上面还可能存在生命。基于这个想法，同时考虑到卫星的数量，我们推测或许卫星上的生命会比行星上的更常见。”
换句话说，系外卫星本身可能就是宜居的，同时还可能有助于让它们的宿主行星变得宜居。因此，寻找系外卫星将会让我们在理解卫星的同时，更进一步了解我们自己。
有趣的候选体
在开普勒空间望远镜开始观测之前，天文学家就猜测整个宇宙充满了像地球这样的生命家园，并且它们也有自己的卫星。现在在巴黎天文台工作的保拉·萨尔托雷蒂（Paola Sartoretti）和琼·施奈德（Jean Schneider）在1999年首次提出，可以利用凌星法搜寻系外卫星。
如果一颗恒星和它的行星排列的平面与视线方向平行——就好比你从太阳系平面的侧面观测，而不是从垂直于太阳系平面的方向观测一样——恒星会因为行星经过而被遮挡了部分的光线，从而亮度周期性降低。这种类似于日食的现象叫做凌星。当凌星现象以一个固定的周期重复，我们通常就可以确定，存在一个环绕恒星运行的天体导致其亮度变暗。开普勒望远镜采用这种方法寻找系外行星已经有十几年了。
萨尔托雷蒂和施奈德认为，距离其宿主行星较远的卫星，也可以利用类似的方法探测，只要在凌星的时候，卫星在其宿主行星的旁边。更确切地说，如果卫星距离宿主行星足够远， 恒星的变暗程度可以比仅有行星的情况暗得多，亮度甚至可以相差一倍。
他们还认为，纵使系外卫星距离它们的宿主行星很近，使得二次变暗不大可能出现，天文学家仍然有可能通过观察行星重复性的凌星模式随着时间的变化，进而推断卫星的存在。通常来说，凌星现象应该类似于节拍器一样准确地重复，但是有时它们会稍稍偏离，比科学家预想的提早或延迟一点。这种凌星时变效应往往是因其他绕宿主恒星旋转的行星引力拖拽而产生，但是也可以由附近巨大的卫星导致。
想要理解这一切是如何发生的，我们可以从我们自己的地月系统中得到不少启示。严格地说，月亮并不是围绕地球运动的，地球和月球是在绕着它们的质心旋转。不过，地月系统的质心始终都在地球上，因为地球相对于月球来说还是重得多。（准确来说，地月系统的质心位于地幔某一处，偏离地球的中心。）因此一个很自然的结果是，地球围绕太阳公转的时候，会轻微地偏离公转轨道摆动。这个摆动则是萨尔托雷蒂和施奈德企图寻找的。
2017年，泰切和哥伦比亚大学的天文学家戴维·基平（David Kipping）共同筛选开普勒望远镜的数据，来寻找系外卫星干扰其宿主恒星星光的踪迹。他们分析了大约300个行星，希望能够找到一些卫星。最终，他们找到了一个候选者：Kelper-1625b。
他们申请了哈勃空间望远镜的观测时间，令人惊喜的是申请被批准了。接着他们花费了将近一年的时间来研究哈勃望远镜的数据，其中还包括学习如何运用这些数据的时间。基平和泰切最终完成了他们的分析，哈勃望远镜的观测结果表明，相比于孤立的行星-恒星模型，这颗行星的凌星时间提前，表明它的旁边可能存在一颗卫星。数据的分析结果显示，行星的凌星时间每五年就会变化20分钟。“我们知道的确存在什么东西在扰动这颗行星，”基平说，“并且我们认为它就是这颗行星的卫星。”
泰切和基平在2018年年初把他们的论文投送到了预印本网站，2018年10月，这篇文章最终发表在了《科学·进展》（Science Advances）杂志上。他们声称有证据支持存在一个海王星大小的卫星环绕Kepler-1625b旋转，而该行星自身大小则是木星的许多倍。泰切和基平没有声称自己发现了太阳系外卫星。“我觉得人们可能对于我们报道这个发现的方式很失望，”泰切说，“人们认为我们试图通过这项发现博取声望，但还给自己留了后路，因为我们并没有完全申明这个发现。我理解人们失望所在——这颗卫星到底存在吗？但目前还有太多太多的未知因素。”
在泰切和基平发表自己的研究结果之后，其他天文学家也踊跃参与到这项研究中。德国马普太阳系研究所的天文学家雷内·海勒（René Heller）重复了泰切的部分工作，但认为没有足够的证据支持卫星的存在。而研究系外行星大气的劳拉·克雷德贝格（Laura Kreidberg），同样也没法证明这项工作中一个关键的部分。
……
泰切和基平公布研究结果之后的几个月里，天文界对系外卫星的关注不断增加。很快，就有不同的研究团队相继声明找到了系外卫星。这些可能的系外卫星都身处何方，研究人员是怎样找到它们的？
但另一方面，直到现在，系外卫星的确凿观测证据目前仍然难以获取。面对技术上的难题，天文学家想出了怎样的解决方案？
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