二零二六年三月 第一期
「適居帶」，適居不適居？
近年每當看到報導，又發現位於「適居帶」（Habitable Zone）的系外行星時，你會否聯想到一個擁有海洋與陸地、包裹著溫暖大氣層、和地球相似的星球？人類當然會以地球作基礎來想像，因為「自古以來」，我們只發現地球這唯一有生命繁衍的星球。根據我們從地球習得的認知，適居條件是由軌道位置、化學成分組成與內部地質活動共同編織出的奇蹟。除了適量的太陽光作為能源，地球還需要大氣層來維持溫室平衡，以及強大磁場來抵禦致命的太陽風與宇宙輻射。更關鍵的是，液態水構成的海洋穩定氣候，並混合各種有機物成為了生命誕生的「濃湯」。
「適居帶」一般的定義
類似「適居帶」的概念在 20 世紀初已見雛形，科學家意識到要發展地球形式的生命，水是不可或缺。1953 年，天文學家哈羅德·沙普利（Harlow Shapley）提出了「液態水帶（Liquid Water Belt）」概念，強調地表能維持液態水的重要性。水在宇宙中不算罕見，但要保有大量液態水，環境就不能「太熱或太冷」。
到了 1990 年代，詹姆斯·卡斯廷（James Kasting）等科學家建立了具備現代懰？恆星物理和行星氣候基礎的模型，將適居帶界定為行星表面能支撐液態水穩定存在的範圍 —「環恆星適居帶（circumstellar habitable zone, CHZ）」。這項定義主要取決於恆星的熱量輸出（光度）：質量大且明亮的恆星，其適居帶延伸至遠處；質量小而昏暗的紅矮星，其適居帶則極為靠近恆星表面 。
截至 2026 年 3 月，已確認的系外行星總數已超過 6,500 顆，其中約數十顆行星正位於適居帶內。已經找到確認適居的行星嗎？
適居帶內的變數
然而，「適居帶」內並不等同於「適居」。以距離太陽系最近，只有4光年遠的「比鄰星 b（Proxima Centauri b）」為例。雖然它位於適居帶，但因極度靠近紅矮星，可能早已被「潮汐鎖定」，一面永晝一面永夜形成的極端高低溫度。近距離面對其母恆星的高能輻射，行星的大氣層很可能早已被吹散。
太陽系內的鄰居也呈現行星演化的差異。金星位於適居帶內緣，卻因失控的溫室效應，地表溫度高達 460°C。而適居帶外緣的火星則缺乏全球磁場保護，大氣在數十億年間被太陽發出的粒子剝蝕，從擁有海洋、河流的世界變為乾冷的荒漠 。
定義和探測的局限
這種以恆星光度和距離定義的框架，在上述例子呈現不足。同時忽略了行星大氣成分及內部能源的影響。太陽系的反例便是木衛二（Europa）與土衛二（Enceladus），雖然遠在太陽系適居帶外的寒冷地帶，卻因行星潮汐力的擠壓產生熱能，在厚重冰殼下擁有的巨大的海洋及有機物。這些都不能以此模型推算。此外，適居帶並非永恆不變，它會隨恆星演化而向外漂移。
因此，科學家開始傾向將「適居帶」視為一個初步篩選標籤，甚至提議更名為「液態水區」，以避免誤導大眾認為在那裡一定能找到適居的星球。然而，現時的巡天觀測已能夠為大部分恆星估算「適居帶」的範圍，但要確認個別行星是否滿足適居的條件則困難得多。
捕捉生命的潛在「氣息」
要尋找真正的適居天體，除了以各種方法測量其太小、質量、與母星距離等物理參數，亦會「看大氣」。現時利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）等尖端技術分析其大氣層，科學家正試圖捕捉大氣中的氧氣、甲烷或其他有機化合物的「生物特徵（biosignature）」訊號 。
在未來的 2030 至 2040 年代，一系列太空計畫正蓄勢待發：預計2030年前發射CNSA的中國空間站巡天望遠鏡（CSST）、ESA的ARIEL太空望遠鏡，預計2040年代建成的NASA HWO太空望遠鏡。它們將更能夠分析行星的大氣成分和特徵，找出有更「適居」條件的星球。
參考資料
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https://www.nasa.gov/missions/juno/nasas-juno-measures-thickness-of-europas-ice-shell/
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https://www.planetary.org/articles/why-the-habitable-zone-doesnt-always-mean-habitable
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https://arielmission.space/
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http://groups.bao.ac.cn/csst_jc/
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https://science.nasa.gov/astrophysics/programs/habitable-worlds-observatory/
天文導師
曾展鈞
