新的外显子探测技术可以找到像月球一样的太阳系

艺术家对外星人绕着外星人太阳系中的天然气巨星运行的印象。在这种远景中，最近的外显子看起来与地球类似，因此具有潜在的可居住性。

一种新的外显子探测技术是第一种被证明可以探测类似于太阳系中的卫星的方法。

如今，天文学最受追捧的奖项之一是“系外行星”，即绕系外行星运行的卫星。尽管天文学家已经发现了上千颗系外行星，但迄今为止，他们可能藏匿的任何外显子都尚未被捕获。但是，根据我们自己的太阳系（月亮数量远远超过行星）来判断，科学家认为确实存在成群的外显子。

为了发现这些外显子隐藏在普通视图中，刚刚提出了一种新技术。在最近发表在《天体物理学杂志》上的一项研究中进行了描述，这种新方法依赖于相对于其寄主恒星的背景辐射观察卫星的一种特殊的月蚀作用。

与传统的外显子狩猎技术不同，新方法的优势在于能够在太阳系中的月球规模上找到自然卫星。其他方法可能只能产生相当于已知最大木星木卫三的质量的数倍的外显子，换句话说，就是前所未见的巨大卫星。

研究作者雷纳·海勒（RenéHeller）说：“这项技术是被证明可以检测出类似于太阳系中的卫星的第一种方法。”加拿大安大略省麦克马斯特大学的天文学博士后研究员雷纳·海勒说。“在伽利略伽利略发现四颗绕木星运行的卫星四百年之后，这是除月球之外我们所知道的第一批卫星，我们现在拥有可用于在太阳系之外寻找“异形”卫星的技术和方法。

此外，新方法可以区分多月系统，而标准技术则专注于单独的外显子。第三个好处是开普勒飞船的现有数据足以识别外​​显子。与此相反，其他一些提议的方法则需要新技术并迫使外星猎手等待下一代的望远镜。

有趣的是，该方法可以找出外星系在所谓的红矮星和橙矮星宜居带中环绕行星的存在。可居住区域是围绕恒星的距离不太近，距离不太远的带，在其中居住的世界可能有液态水。

迄今为止，在宜居区域中发现的最常见的行星尚未达到地球大小（尽管从开普勒数据中可能会出现大量地球上的双胞胎，但尚待分析）。相反，可居住的区域居民通常是“超级地球”和天然气巨头。后者当然可以作为生活的住所，当然，有些人认为前者不能成为生活的住所。但是他们的卫星可能是一个不同的故事。

海勒说：“已经观察到，在恒星宜居区域中，超地球和巨型行星比真正的地球大小的行星要丰富得多。”“虽然超级地球和巨人可能不适宜居住，但它们的卫星却可以居住。因此，可居住的卫星可能比可居住的行星更为普遍。”

用新的方式冲刷外显子

新技术适时出现。研究人员已经把众所周知的厨房水槽扔到了外来体捕获的问题上，他们尝试了大约十二种不同的方法，但没有得到证实。其中一些方法包括寻找巨大的高温外显子发出的少量红外光，或者寻找背景恒星在行星及其卫星经过恒星前方时发出的光的一次性引力扭曲效应。

观察“过境”的新方法背后的概念本身并不是一个新事物。斑点过境是指系外行星（或系外行星）越过恒星表面（与我们在地球上的观察角度有关）而引起的小型日食，它已被开普勒，CoRoT和其他望远镜用来寻找数百个系外行星。一项著名的外显子发现项目“开普勒狩猎外显子”（HEK）以及其他工作，试图在运输时间或时长上略有不同。这些打扰到有序的行星状过渡可能是月亮的手工遮挡了一点额外的星光。

海勒（Heller）的论文中的p表明，外显子过境的阴影如何在“翼尖”彼此重叠，而不是外显子绕其宿主行星的轨道内部的重叠。这种堆叠效应意味着翼尖阴影更暗，这种现象可被利用来寻找外显子。

这种称为轨道采样效应的新方法所做的是从聪明的统计角度考虑这些外显子跃迁。想象一下一个行星和月球系统的轮廓，从侧面看，月球绕着行星的赤道中线旋转（这是太阳系中的典型现象）。月亮在行星的“前方”绕行，离我们稍近一些，然后完成了行星后面的绕圈。

想象一下，不时为该设置拍摄快照并叠加图片。月球在轨道前后的位置重叠，尽管月球直接位于行星的前面或后面，但看不到月球的阴影。不过，月球的形状看起来像是两个由虚线组成的“翼”伸出行星的侧面。点代表月球在其轨道上进行的任何特定随机时刻的位置。

海勒的见解是，随着时间的推移，机翼上的点将不会均匀显示。机翼在靠近行星的内部边缘看起来更亮，而离行星较远的外部边缘看起来更暗。这是因为，当月球到达其轨道范围然后开始绕地球旋转时，它的位置在更狭窄的空间中重叠得更多。因此，“翼尖”看起来更暗；也就是说，在距行星最远的月球明显位置处，背景星光的阴影增加了。

为了使这种效果出现，观察者必须在相当长的一段时间内不断凝视恒星。不能孤立地瞥见月亮一两次。取而代之的是，月亮必须完成相当多的轨道，并被见证这样做，以便其挡光效果优先在翼尖堆叠。幸运的是，开普勒太空船就是为此目的而设计的，它耐心地凝视了大约15万颗恒星，持续了四年，然后在去年夏天发生了设备故障。

海勒说：“开普勒已经采取了这样的观察，并且可以公开获取。”“因此，无需等待未来的技术。”

一或多个月亮

当系外行星通过开普勒或其他过境记录望远镜观察到的一颗恒星经过恒星时，星光的接收量会发生一次下降（对于一个气体巨行星而言，其百万分之几）。使用随时间平均的开普勒数据的轨道采样方法，运动有系外行星的系外行星的特征将如下所示。

首先，随着过境的进行，主行星的光倾角相对要大得多，因此，所收集的光量将有两个小倾角。此初始顺序为小浸，大浸，然后是另外的小浸。然后，序列会自己反转，略微变亮，然后照度相对较大地增加，并且随着时间的推移，行星和月球的组合（按时间平均）出现，恒星的亮度最终会略有增加。换句话说，小凸起，大凸起和最终的亮度小凸起。

这一切的结果是：天文学家（或计算机）可以通过开普勒数据查看系外行星常规飞行的有说服力的“变暗前”和“变暗后”，以发现一个外变子。

同样来自海勒（Heller）论文的p表示随着时间推移，系外行星-系外行星过境的前半部分会是什么样子。海勒（Heller）的轨道采样效应方法在系外行星引起的大倾角前后寻找两个小倾角，以阻挡星光。在运输的后半部分，信号反转，两个小增亮事件与一个大增亮事件相伴。

作为奖励，轨道采样方法可以拾取多颗卫星。复杂的步骤可能会指向一个以上的月亮，并在其自身中添加其他随时间变化的阴影特征，而不是仅针对一个月亮描述简单的逐步变暗。

它可能会发现什么

根据开普勒收集的数据，海勒的研究表明，在木矮矮星的宜居带中应该找到木卫三大小的卫星。小恒星的优势在于它们的行星轨道短，“年”仅持续数周或数天。因此，这些世界在开普勒的整个使用寿命期间累积了很多时间。当然，更多的过境意味着更多的外显子定位数据需要通过轨道采样方法进行审查。

红色矮星存在一些宜居性问题，因此照亮生活友好世界的更好人选是下一个恒星类别-更大，更暖和的橙色矮星。在这些恒星的宜居区域中，Heller技术有可能发现木乃伊质量的大约十倍（但仍小于地球）的外显子，这是当前外显子狩猎方法的传统采石场，再次使用开普勒观测。

不幸的是，位于宜居区域的系外行星周围的卫星仍将无法获得，而宜居区域仍然更大，更热，像太阳一样，黄矮星。围绕太阳这样的恒星旋转的系外行星在开普勒观测窗中没有堆积足够的瞬变，无法应用轨道采样方法。但是，未来配备更清晰相机的望远镜将使其他寻求Exomoon的技术脱颖而出，并且还将为Heller的方法提高灵敏度。

轨道采样效果比其他团队开发的复杂外显子检测机制要简单得多。海勒希望其他研究人员能够尝试他的技术来寻找太阳系外卫星系统。

海勒说：“本文的目的不是为了实现我自己对外显子检测的抱负。”“但是，如果有人使用这种新效果在太阳系外寻找月亮，我会感到受宠若惊。”

出版物：勒内·海勒（RenéHeller），“利用轨道采样效应检测类似于太阳系卫星的太阳外卫星”，2014年，ApJ，787，第14页； doi：10.1088 / 0004-637X / 787/1/14

研究报告的PDF副本：利用轨道采样效应检测类似于太阳系卫星的太阳系外卫星

图片：美国宇航局；雷内·海勒（Rene Heller）