1.
在太陽系之外，天文學家已經發現的行星數量已經超過了4000顆，它們都圍繞著其他的恆星運轉。遺憾的是，我們對這些行星卻知之甚少——大多數情況下我們只知道它們的質量和半徑。
但如果我們想要知道一顆行星是否能夠孕育出生命，就需要更多的信息。特別是，天文學家想要知道這些行星上是否有大氣層的存在，以及如果有，那它們的成分和構成是什麼。這是目前我們缺失而又關鍵的信息，因為大氣中如果有水、氧氣和甲烷，就意味著這顆行星或許可以支持生命的發展。
一顆行星所具有的大氣層（如果有）在塑造其內部環境或它的表面方面起著關鍵作用。它的成分、穩定性和結構都提供了重要的線索，讓我們有機會了解它是什麼樣的。因此，通過大氣研究，我們就可以瞭解這顆行星的歷史，研究它的可宜居程度，並最終探索生命的跡象。
天文學家研究系外行星的主要方法是凌日光譜法。當一顆行星運行到它繞其運轉的母星和地球的中間時，便是所謂的凌日。當凌日發生時，一小部分的星光會經過行星的大氣層，並與大氣層內所含有的化學元素相互作用。星光會被大氣內的原子或分子吸收或偏轉。
在凌日期間，天文學家通過觀測星光，可以在恆星光譜中找到系外星系大氣的痕跡。每一種元素都會在光譜上留下獨特的吸收線，這些線揭示了大氣的成分。
目前，對系外行星大氣的研究是有限的，因為這種測量需要非常高的精度，這是現有儀器所無法達到的。但現在，研究人員已經在類似木星或海王星的氣態行星的大氣層中發現了水的分子特徵，此前從未在較小的行星中發現過。
在一項發表在《自然天文》的新研究中，科學家第一次成功地在一顆可能適宜居住的系外行星中，探測到了大氣層中的水蒸氣。
2.
1.
在太陽系之外，天文學家已經發現的行星數量已經超過了4000顆，它們都圍繞著其他的恆星運轉。遺憾的是，我們對這些行星卻知之甚少——大多數情況下我們只知道它們的質量和半徑。
但如果我們想要知道一顆行星是否能夠孕育出生命，就需要更多的信息。特別是，天文學家想要知道這些行星上是否有大氣層的存在，以及如果有，那它們的成分和構成是什麼。這是目前我們缺失而又關鍵的信息，因為大氣中如果有水、氧氣和甲烷，就意味著這顆行星或許可以支持生命的發展。
一顆行星所具有的大氣層（如果有）在塑造其內部環境或它的表面方面起著關鍵作用。它的成分、穩定性和結構都提供了重要的線索，讓我們有機會了解它是什麼樣的。因此，通過大氣研究，我們就可以瞭解這顆行星的歷史，研究它的可宜居程度，並最終探索生命的跡象。
天文學家研究系外行星的主要方法是凌日光譜法。當一顆行星運行到它繞其運轉的母星和地球的中間時，便是所謂的凌日。當凌日發生時，一小部分的星光會經過行星的大氣層，並與大氣層內所含有的化學元素相互作用。星光會被大氣內的原子或分子吸收或偏轉。
在凌日期間，天文學家通過觀測星光，可以在恆星光譜中找到系外星系大氣的痕跡。每一種元素都會在光譜上留下獨特的吸收線，這些線揭示了大氣的成分。
目前，對系外行星大氣的研究是有限的，因為這種測量需要非常高的精度，這是現有儀器所無法達到的。但現在，研究人員已經在類似木星或海王星的氣態行星的大氣層中發現了水的分子特徵，此前從未在較小的行星中發現過。
在一項發表在《自然天文》的新研究中，科學家第一次成功地在一顆可能適宜居住的系外行星中，探測到了大氣層中的水蒸氣。
2.
○ 系外行星K2-18b。| 圖片來源：M. KORNMESSER, HUBBLE/ESA
2015年，系外行星捕手——開普勒太空望遠鏡發現了K2-18b，這是它發現的數百顆“超級地球”中的一員。超級地球是指介於地球和海王星之間的行星。
K2-18b距離地球110光年之外，它圍繞著一顆溫度遠低於太陽的昏暗紅矮星運行。K2-18b的質量是地球的8倍，半徑是地球的2.5倍，它的公轉週期是33個地球日，所以那裡的一年相當於地球上的一個月。
此外，這顆星球與其母星的距離使它qia處於“宜居帶”，這意味著它有適合的溫度來維持液態水。
2016年和2017年，天文學家Björn Benneke領導的一個小組使用哈勃太空望遠鏡探測K2-18b，以尋找行星經過其母星前時大氣層的跡象。行星大氣中的分子吸收了恆星特定波長的光，提醒天文學家注意它們的存在。
新論文的第一作者Angelos Tsiaras和他的同事從一個公共檔案中獲取了數據，並使用專門設計的軟件進行分析。他們發現，這顆行星有大氣層，並且發現了水蒸氣分子的特徵。此外，大氣中還包含了氧和氦。
這是研究人員能夠首次成功的在一顆非氣態行星周圍，探測到了包含水蒸氣的大氣層。
3.
這是否意味著K2-18b是一顆宜居星球，且能夠發展出生命？
要定義一顆系外行星為宜居行星，需要滿足許多的要求。例如：
- 行星需要處於可以維持液態水的宜居帶；
- 行星需要有一個大氣層，能夠保護它們不受來自母星的任何有害輻射；
- 行星需要存在液態水，因為水對生命至關重要。在宇宙中，水蒸氣非常普遍，但要製造出液態水卻不容易，因為這需要有適當的壓強和溫度；
- 以及其他的標準，比如大氣中是否存在氧氣等。
Tsiaras表示，到目前為止，我們觀測到有大氣層幷包含水的行星都是氣態巨行星，它們與木星、土星和海王星更為相似。K2-18b是目前我們所觀測到的最宜居的候選行星，因為它是唯一一顆滿足三個宜居條件的系外行星：適宜的溫度、大氣和水的存在。
但是，根據目前所收集到的數據，我們還不能夠確切地說出這顆行星有多大的概率能支持生命的存在。因為關於K2-18b還有許多未知之處。它可能是由岩石構成，有很大的大氣層，但也有可能它是一個大部分或者全部被水覆蓋的“水世界”。
Benneke和他的同事更進一步用斯皮策太空望遠鏡觀測了K2-18b。結合哈勃、斯皮策和開普勒的數據，他們發現在行星大氣的某個層上形成了雲，吸收的星光比其他層更多。當他們模擬該星球的氣候時，他們發現雲層凝結的區域有適合的壓強和溫度以形成液態水，這意味著這顆星球上很可能有液態雨滴。
Benneke認為，這些雨滴可能永遠不會落到地面上。相反，當它們抵達大氣層中的某一個點時，由於那裡的壓強和溫度非常高，水滴便會蒸發掉。然後水又會上升到大氣中，凝結成雲，然後又會降下來。但並不是所有的系外行星專家都同意Benneke的結論。
未來，通過如JWST和ARIEL等下一代望遠鏡，我們將能發現更多關於K2-18b的化學成分、雲層覆蓋和大氣結構的信息。這將有助於我們瞭解它到底有多適合居住。
在可預見的未來，我們無法發射任何探測器前往上110光年之外的K2-18b。但我們卻可以發現跟它類似，卻離我們要近得多的行星。終有一天，我們將有機會回答一個最古老的問題：我們在宇宙中是否是孤獨的。
編譯：Zwicky
參考來源：
https://www.nature.com/articles/s41550-019-0878-9
https://arxiv.org/pdf/1909.04642.pdf
https://www.sciencenews.org/article/first-known-exoplanet-rain-clouds-water-droplets
https://theconversation.com/how-we-detected-water-on-a-potentially-habitable-exoplanet-for-the-first-time-123239