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系外行星詳解：科學家如何尋找和研究可能適宜居住的世界
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重點
科學家主要通過觀察當行星經過其恆星前方時恆光的微小變暗，或通過測量行星重力對恆星運動造成的微小搖擺來探測系外行星。NASA已通過這種方式確認了6000多顆系外行星，其中一小部分——那些在恆星"適居帶"內公轉的行星，即液態水可能存在的地方——現在正在用詹姆斯韋伯等望遠鏡研究，尋找生命的可能跡象。
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沒有望遠鏡曾經拍攝過環繞其他恆星的類地行星的近距離照片。反而，幾乎所有已知的關於太陽系外數千顆星球的信息都來自間接線索：恆光的閃爍、恆星光譜的微小偏移，或來自遠處背景恆星的短暫亮度峰值。NASA的系外行星科學部門確認現有的行星數量超過6000顆，還有數千顆候選行星等待確認。
什麼是系外行星
系外行星就是繞非太陽的恆星運行的行星。根據NASA的說法，第一顆在類日恆星周圍確認的系外行星51 Pegasi b是在1995年10月使用徑向速度法發現的。三十年後，NASA科學部門指出，研究人員現在認為銀河系中行星的數量多於恆星。
主要的探測方法
由於行星較暗且位於更明亮的恆星附近，天文學家主要依靠間接信號而非直接圖像。NASA的系外行星科學小組列出了四種主要技術，每種都適合不同類型的行星和距離。
主要的系外行星探測方法如何工作| 方法 | 工作原理 | 最適用於 |
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| 凌星法 | 測量當行星經過恆星前方時恆星亮度的微小下降，如NASA的開普勒和TESS任務所使用的那樣 | 軌道恰好在其恆星和地球之間直接通過的行星 |
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| 徑向速度（搖擺） | 檢測由多普勒效應引起的恆星光譜移位，當行星的重力來回拖拽恆星時 | 環繞附近明亮恆星的較大、較靠近恆星的行星 |
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| 直接成像 | 使用日冕儀或星遮擋物來阻擋恆星的眩光，以便可以拍攝行星本身 | 遠離其恆星的年輕、巨大、自發光的氣態巨行星 |
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| 引力微透鏡 | 追蹤當前景恆星及其行星的重力彎曲和放大光線時，遠處背景恆星亮度的短暫峰值 | 距離很遠的行星，包括那些不在其恆星附近公轉的行星 |
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第五種技術，凌星光譜學，不用於尋找行星，而是用於研究已知的行星。根據NASA科學部門的說法，恆光在凌星期間通過行星大氣過濾會留下化學指紋，哈勃望遠鏡和詹姆斯韋伯太空望遠鏡等可以讀取這些指紋。
什麼使一個星球"可能適宜居住"
研究人員通常關注恆星所謂的"適居帶"內的行星——距離範圍內的溫度可能允許液態水在行星表面存在的地方。位於該區域內並不能證明行星是適宜居住的；它只意味著這個問題值得進一步觀察。NASA指出，許多可進行當前大氣研究的岩石行星圍繞相對昏暗、較冷的恆星公轉，因為這些行星產生更強和更易檢測的信號。
K2-18b案例：生物特徵聲明如何被測試
這種搜索最清楚的近期例子是K2-18b，一顆約為地球質量8.6倍的行星，距離地球大約120到124光年，具體取決於信息來源。根據NASA科學部門的說法，它在其恆星的適居帶內公轉，並被提議為可能的'海洋世界'——一顆被液態水海洋覆蓋、富含氫的大氣下的行星。
使用詹姆斯韋伯太空望遠鏡的數據，由劍橋大學天文研究所的Nikku Madhusudhan領導的團隊報告了K2-18b大氣中與二甲基硫化物(DMS)和可能的二甲基二硫化物(DMDS)一致的化學特徵。根據劍橋大學的說法，在地球上，這些化合物幾乎完全由海洋浮游植物等生物體產生。
該檢測達到了三西格瑪的統計置信度——意味著大約有0.3%的可能性該模式是由隨機噪聲引起的——劍橋團隊表示這遠低於五西格瑪標準（約0.00006%的偶然性機會），這通常是將結果稱為既定科學發現所需的。研究人員估計，額外16到24小時的韋伯觀測時間可以達到該閾值。
考慮到我們對這顆行星所知的一切，一個擁有生命充滿的海洋的海洋世界是最符合我們擁有的數據的情景。
— Nikku Madhusudhan, University of CambridgeMadhusudhan也敦促謹慎，指出未知的非生物化學原則上可能產生相同的分子，在做出任何更有力的聲明之前還需要進行進一步的理論和實驗室工作。NASA科學部門對此表示贊同，聲稱單一分子檢測不等於發現生命；科學家需要多條匯聚的證據線，而且結果可能會因恆星和行星大氣如何隨時間變化而複雜化。
為什麼這項搜索很困難
NASA指出，確認生物特徵可能需要數百小時的韋伯觀測時間來觀察單個行星——這是一種稀缺且高度需要的資源。所涉及的信號很微弱，被研究的恆星通常很小且容易出現耀斑或變化，任何化學指紋必須對照生物和非生物解釋進行檢查，科學家才會將其視為生命的證據。
- 根據NASA科學部門的說法，已確認了6000多顆系外行星，還有數千顆候選行星等待確認
- 適居帶狀態是指軌道距離和可能的表面溫度，而非適宜居住性的證明
- 在地球上檢測到與生命相關的分子本身並不是在其他地方發現生命的證明
- 統計置信度（西格瑪水平）表示結果是偶然結果的可能性有多大，而不是生物解釋有多確定
- NASA的南希格雷斯羅曼太空望遠鏡於2026年8月發射，預計將發現大約10萬顆更多系外行星，主要通過微透鏡法
下一步是什麼
NASA科學部門將系外行星表徵描述為一個持續的過程，而不是單一的發現時刻：每個新的觀測要麼強化，要麼削弱候選生物特徵解釋。K2-18b的額外詹姆斯韋伯觀測時間，加上新發射的羅曼太空望遠鏡，預計將在未來幾年內添加新的候選行星和更清晰的大氣數據。
常見問題
- 系外行星到底是什麼？
- 系外行星是繞非太陽的恆星運行的行星。根據NASA的說法，第一顆在類日恆星周圍確認的系外行星51 Pegasi b是在1995年發現的。
- 科學家如何找到他們看不見的行星？
- 大多數系外行星是間接發現的：凌星法檢測當行星經過恆星前方時恆星的變暗，而徑向速度法檢測由於行星重力而導致的恆星微小搖擺。根據NASA的系外行星科學部門，直接成像和引力微透鏡的使用頻率較低，適用於不同的情況。
- 到目前為止已確認了多少顆系外行星？
- 根據NASA科學部門的最新更新，已確認的行星數量超過6000顆，還有數千顆候選行星等待確認。
- 是否在K2-18b這樣的系外行星上發現了生命？
- 沒有。根據劍橋大學和NASA的說法，由Nikku Madhusudhan領導的研究人員在K2-18b的大氣中報告了一個可能的生物特徵分子，其統計置信度為三西格瑪，低於將其稱為既定發現所需的五西格瑪標準。
- 什麼是"適居帶"？
- 這是從恆星的距離範圍，理論上行星表面溫度可能允許液態水存在——這是科學家尋找的必要條件，而不是行星實際上適宜居住或有人居住的證明。
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