巨大行星周圍的冰和巖石構(gòu)成了地球和太陽系中一些最可能適宜居住的區(qū)域。到目前為止，人們只發(fā)現(xiàn)了一顆繞著遙遠恒星運行的行星運行著潛在衛(wèi)星，但考慮到圍繞地球太陽運行的衛(wèi)星數(shù)量眾多，似乎仍有更多的外衛(wèi)星未被發(fā)現(xiàn)。一項新的研究表明，正如著名的《星球大戰(zhàn)》星球塔圖因所描繪的那樣，圍繞著雙星運行的行星可以抓住它們的衛(wèi)星，為生命的進化創(chuàng)造場所。然而雙星系統(tǒng)可以在穩(wěn)定性方面帶來挑戰(zhàn)，而它們的單星系統(tǒng)卻可以避免這種挑戰(zhàn)。在這兩種系統(tǒng)中，恒星都有輕微的移動，可能會干擾任何繞軌道運行的行星及其衛(wèi)星。
博科園-科學科普：當兩顆恒星在一起跳舞時，就增加了恒星撞擊行星和月亮的幾率。澤西州普林斯頓高等研究所(Institute for Advanced Study)的行星理論家阿德里安?哈默斯(Adrian Hamers)說：穩(wěn)定性是宜居性的首要條件。哈默斯和他的同事們對美國宇航局斯凱普勒太空望遠鏡(skepler Space Telescope)發(fā)現(xiàn)繞雙星運行的10顆確認系外行星的穩(wěn)定性進行了建模。研究人員計算出使用未來儀器可以探測到外衛(wèi)星的穩(wěn)定區(qū)域。如果外周衛(wèi)星的軌道不穩(wěn)定，那么在極端情況下，它就會被拋出系統(tǒng)。
在近十年的研究中，開普勒望遠鏡發(fā)現(xiàn)了10顆圍繞9對恒星運行的系外行星。這些行星離它們的恒星很近，在不超過7個地球日的時間內(nèi)快速旋轉(zhuǎn)。每一對恒星都是緊密排列的，它們之間的距離僅為地球到太陽距離的十分之一，這一數(shù)字被稱為一個天文單位(AU)。這些行星本身圍繞其恒星的質(zhì)心運行，距離約為一個天文單位，使這些行星環(huán)繞雙星運行。(行星也可以圍繞雙星對中的一顆恒星運行;如果這兩顆行星之間的距離足夠遠，那么這顆行星的行為可能更像是在圍繞一顆恒星旋轉(zhuǎn)。雖然圍繞一顆恒星運行的行星的外衛(wèi)星是一種經(jīng)過深入研究的現(xiàn)象，但在雙星系統(tǒng)中，對外衛(wèi)星所做的工作較少。
一個圍繞著開普勒- 35a和開普勒- b雙星系統(tǒng)運行的有水行星藝術(shù)圖，像這樣的世界可以容納可能適宜居住的衛(wèi)星。圖片：NASA/JPL-Caltech
使用其他望遠鏡已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些環(huán)繞雙星的行星，但這項新研究的研究人員對新發(fā)現(xiàn)的開普勒行星特別感興趣。很好奇，圍繞這些雙星運行的系外衛(wèi)星的軌道中，哪些是動態(tài)穩(wěn)定的？科學家們對圍繞著恒星對的行星的衛(wèi)星進行了多次模擬。結(jié)果表明，穩(wěn)定的模擬衛(wèi)星仍然離它們的行星很近，相距約0.01 AU，因此這些衛(wèi)星受恒星對引力的影響較小。衛(wèi)星在環(huán)繞更大的行星時也更穩(wěn)定。事實證明，月球繞行星運行的角度與行星繞太陽運行的角度相比也很重要。當月球與行星軌道形成90度角時，月球在變得不穩(wěn)定、撞到行星或偶爾撞到恒星之前，會大范圍振蕩。站在繞著一顆有兩顆星星的行星運行的月球上，會是什么樣子？
這將很大程度上取決于月球的方位和自轉(zhuǎn)周期。如果月球與木星的衛(wèi)星相似，那么它的“一天”可能會跨越好幾天。這些系外衛(wèi)星的緊密軌道意味著它們應該在大約10個地球日的時間里繞著它們的巨行星旋轉(zhuǎn)。在月外衛(wèi)星的‘白天’期間，天空中會出現(xiàn)兩顆星星，它們之間的距離約為40度，在‘白天’期間會明顯移動。此外，有時這兩顆雙星會相互遮擋，在有限的時間內(nèi)只能看到一顆恒星。如果這三個物體在同一平面上運動，行星本身大約每10天就會遮住這些恒星。然而，如果它們相互傾斜，日食是可以避免的。盡管這項新研究并沒有直接尋找系外衛(wèi)星，但這一發(fā)現(xiàn)可能有助于未來對這些誘人物體的搜尋。
開普勒-16b的構(gòu)想圖，開普勒-16b是圍繞兩顆恒星運行的氣態(tài)巨星。位于較溫暖地區(qū)、離恒星較近的氣態(tài)巨行星可能擁有可居住的系外衛(wèi)星。然而開普勒-16b太冷了，任何衛(wèi)星都不能擁有液態(tài)水。圖片：T. Pyle/NASA/JPL-Caltech
通過確定環(huán)繞雙星的外系衛(wèi)星無法生存的區(qū)域，這項研究可以幫助科學家們排除模糊的信號。這種誤導信號可能是由恒星活動或恒星黑子造成。新發(fā)現(xiàn)還揭示了雙星周圍外圓穩(wěn)定性的限制，這取決于行星的質(zhì)量與其恒星的質(zhì)量之比。這種關(guān)系可能適用于任何外雙星系統(tǒng)。不過也提出了一個警告，即該團隊專注于開普勒雙星;研究人員并沒有徹底調(diào)查外部雙星。美國國家航空航天局(NASA)最近發(fā)射的凌日系外行星勘測衛(wèi)星(Transiting Exoplanet Survey Satellite)等望遠鏡，以及即將發(fā)射的歐洲契普斯(CHEOPS)和柏拉圖(PLATO)探測器，可能都適合搜尋系外衛(wèi)星，這項研究發(fā)表在《皇家天文學會月刊》上。
博科園-科學科普｜文：Nola Taylor Redd/Space
參考期刊文獻:《皇家天文學會月刊》
DOI:doi.org/10.1093/mnras/sty2117
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