雙星系統行星擁有適合生命存在的衛星？

原標題：雙星系統行星擁有適合生命存在的衛星？

巨大行星周圍的冰和岩石構成了地球和太陽系中一些最可能適宜居住的區域。到目前為止，人們只發現了一顆繞著遙遠恆星運行的行星運行著潛在衛星，但考慮到圍繞地球太陽運行的衛星數量眾多，似乎仍有更多的外衛星未被發現。一項新的研究表明，正如著名的《星球大戰》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星，為生命的進化創造場所。然而雙星系統可以在穩定性方面帶來挑戰，而它們的單星系統卻可以避免這種挑戰。在這兩種系統中，恆星都有輕微的移動，可能會干擾任何繞軌道運行的行星及其衛星。

博科園-科學科普：當兩顆恆星在一起跳舞時，就增加了恆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)發現繞雙星運行的10顆確認系外行星的穩定性進行了建模。研究人員計算出使用未來儀器可以探測到外衛星的穩定區域。如果外周衛星的軌道不穩定，那麼在極端情況下，它就會被拋出系統。

穩定的衛星

在近十年的研究中，開普勒望遠鏡發現了10顆圍繞9對恆星運行的系外行星。這些行星離它們的恆星很近，在不超過7個地球日的時間內快速旋轉。每一對恆星都是緊密排列的，它們之間的距離僅為地球到太陽距離的十分之一，這一數字被稱為一個天文單位(AU)。這些行星本身圍繞其恆星的質心運行，距離約為一個天文單位，使這些行星環繞雙星運行。(行星也可以圍繞雙星對中的一顆恆星運行;如果這兩顆行星之間的距離足夠遠，那麼這顆行星的行為可能更像是在圍繞一顆恆星旋轉。雖然圍繞一顆恆星運行的行星的外衛星是一種經過深入研究的現象，但在雙星系統中，對外衛星所做的工作較少。

一個圍繞著開普勒- 35a和開普勒- b雙星系統運行的有水行星藝術圖，像這樣的世界可以容納可能適宜居住的衛星。圖片：NASA/JPL-Caltech

使用其他望遠鏡已經發現了一些環繞雙星的行星，但這項新研究的研究人員對新發現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星的軌道中，哪些是動態穩定的？科學家們對圍繞著恆星對的行星的衛星進行了多次模擬。結果表明，穩定的模擬衛星仍然離它們的行星很近，相距約0.01 AU，因此這些衛星受恆星對引力的影響較小。衛星在環繞更大的行星時也更穩定。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，月球在變得不穩定、撞到行星或偶爾撞到恆星之前，會大範圍振蕩。站在繞著一顆有兩顆星星的行星運行的月球上，會是什麼樣子？

這將很大程度上取決於月球的方位和自轉周期。如果月球與木星的衛星相似，那麼它的「一天」可能會跨越好幾天。這些系外衛星的緊密軌道意味著它們應該在大約10個地球日的時間裡繞著它們的巨行星旋轉。在月外衛星的『白天』期間，天空中會出現兩顆星星，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，在有限的時間內只能看到一顆恆星。如果這三個物體在同一平面上運動，行星本身大約每10天就會遮住這些恆星。然而，如果它們相互傾斜，日食是可以避免的。儘管這項新研究並沒有直接尋找系外衛星，但這一發現可能有助於未來對這些誘人物體的搜尋。

開普勒-16b的構想圖，開普勒-16b是圍繞兩顆恆星運行的氣態巨星。位於較溫暖地區、離恆星較近的氣態巨行星可能擁有可居住的系外衛星。然而開普勒-16b太冷了，任何衛星都不能擁有液態水。圖片：T. Pyle/NASA/JPL-Caltech

通過確定環繞雙星的外系衛星無法生存的區域，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恆星活動或恆星黑子造成。新發現還揭示了雙星周圍外圓穩定性的限制，這取決於行星的質量與其恆星的質量之比。這種關係可能適用於任何外雙星系統。不過也提出了一個警告，即該團隊專註於開普勒雙星;研究人員並沒有徹底調查外部雙星。美國國家航空航天局(NASA)最近發射的凌日系外行星勘測衛星(Transiting Exoplanet Survey Satellite)等望遠鏡，以及即將發射的歐洲契普斯(CHEOPS)和柏拉圖(PLATO)探測器，可能都適合搜尋系外衛星，這項研究發表在《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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