#征服宇宙的預習課-01-20191030
今年諾貝爾物理獎頒給了宇宙演化與系外行星之發現，在此讓我們的新任 #實習編輯 （也就是菜鳥學生） #幻月 （名字也好中二）為大家整理，什麼是 #適居恆星 與 #適居行星。新手上路，請各位指教！
宇宙大解密：適居恆星和適居行星
「XX科學家在XX光年外發現適合人類居住的行星！！」、「XX科學團體在XX光年以外發現可能擁有生命跡象的類地行星！！」，或是「發現XX類地行星！！上面疑似有生命！」，以上這些話你是否常在新聞、網路上看見？
當你看見這類報導的時候，你會知道科學家們發現了一個可能適合人類居住的行星，但是你可能不知道科學家們是如何尋找到這些行星並且判斷出這些行星是否適合人們居住。所以本篇文章將告訴你，科學家們是如何尋找所謂「適合生命居住」的行星。
首先，要先來談談科學家們是如何尋找適居「恆星」。沒錯！！不是「行星」是「恆星」。我想這裡大家都會有個疑問，就是為什麼要尋找「恆星」而不是尋找「行星」？明明恆星上面根本不能住人。這原因有許多，但其中之一個原因是比起在星空中去尋找一個不知XX光年遠的行星，找一個XX光年遠的恆星要容易得非常多，因為行星不會發光，但恆星會(這不是廢話嗎XDD)。還有一個原因是，比起先尋找行星，先尋找恆星會更有益處，因為不是每顆恆星都能像太陽一樣，發出來的光的強度和熱度剛好適合生命來繁衍和生存。所以要尋找適居行星的第一步便是要先尋找適居恆星。
那適居恆星又是什麼？要如何判斷什麼恆星才可能是適居恆星？又要如何去尋找它？
首先來說說適居恆星是什麼，適居恆星就是指擁有行星(此行星須為類地行星，因為類地行星才有足夠的資源供生命生存)且行星位於其恆星適居帶的恆星系統，而適居帶則是指行星系統中適合生命存在的區域(指行星表面溫度可以使水保持為液態)。
那什麼樣的恆星才可能是適居恆星？當然是跟太陽一樣的恆星阿(已被拖出XDD)。是指恆星的可能光譜類型範圍從中等溫度的F或G型至低溫的K型，亦即從7000K至4000K光球溫度的恆星，而太陽同樣居於其中，是屬於G2型的。簡單來說，就是要跟太陽條件差不多的恆星就對了。
1. 具有如太陽般的恆星最少要存在數十億年，這樣才有時間讓生命在其行星上面繁衍。
2. 具有此條件的恆星會釋放足夠的高能量的紫外線使環繞其運行的行星開啟大氣運動，如臭氧層的生成，但同時亦不可以有過多的離子化反應(指在物理性的能量作用下，原子或分子失去電子而變成自由離子)使得生命被殺死。
3. 具有較高適居性的行星會在距離其恆星較遠的區域運行，這可以使行星表面的液態水不會因為潮汐鎖定(即同步自轉，指天體永遠以同一面指向另一個天體，如月球一般)而消散。
再來要如何尋找適居恆星？從適居恆星的定義知道，除了找到溫度適合的適居恆星之外，還需要找到其附屬的類地行星且類地行星需在此恆星系統的適居帶中。雖然恆星較容易從天文望遠鏡直接觀測到，但是其行星就非常難以用天文望遠鏡來直接觀測，所以顯然的需要其他方法來觀測這些行星。
而系外行星偵測法便是可以間接量測太陽系外行星的方法，有：
1. 凌日法(Transit method)：
當系外行星通過其恆星和地球中間時，恆星所散發出來的光線會被行星所遮住，發生「凌日」的現象，從中可以藉由量測恆星的光量變化，從而推測出行星的半徑。目前大部分的系外行星都是透過凌日法所發現的。
2. 都卜勒效應(Doppler effect，或稱為逕向速度效應)：
利用恆星會以在小軌道上的移動回應行星的重力，來測量恆星光譜的紅移或藍移程度，進而可以推測出行星的運行速度。可和凌日法一起使用，當兩種方法同時使用時，可以評估出行星的真實質量。
3. 掩星觀察法(Occultation)：
傳統直接觀測星體的方法，通常無法從高亮度星體的周遭尋找出次亮的星體。此時若將這高亮度星體的亮光遮掩，便可以清楚地觀測這高亮光星體的周遭環境，如它鄰近的反光物質或星體。
4. 恆星自行天體測定法(Astrometry)：
因恆星距離地球太遠，無法實際測量其恆星運行速度，若將觀測到的恆星運動分成與地球觀測連線方向的「徑向」和與徑向垂直的「橫向」運動。仍可藉由相對論性都卜勒效應(指參考狹義相對論效應的都卜勒效應)知道恆星的徑向速率，但其橫向速率僅能觀測天球(為天文學上一個與地球具有同圓心並有相同自轉軸，半徑為無限大的球)中恆星其角度的變化來推斷。而所謂的恆星自行(proper motion)，便是指恆星在天球上的橫向運動位移量。
若發現一恆星具有週期性的位置互換(即搖擺現象)時。我們可以想像這顆恆星周圍必定有一吸引它的物質(可能為行星或其他星體)，而這一物質和恆星構成了一個類似的雙星系統，均繞著一個共同的質量中心。利用此種方法來尋找行星(或其他星體)便是恆星自行天體測定法(Astrometry)。
5. 脈衝星計時法(Pulsar timing)：
超新星爆炸之後所殘餘的超高密度脈衝星，具有非常高的頻率、高規律的自轉週期。因此當觀測到脈衝輻射電磁波異常時，可以推斷可能是環繞在恆星周圍的行星所造成的。此種方法因為靈敏度很高，可以檢測到比其他方法更小的行星，其甚至可以量測到僅約地球質量大小的10倍左右，但是因為脈衝星具有非常激烈的高能輻射，所以其附屬的行星上面不可能會存有生命。
6. 重力微透鏡法(Gravitational microlensing)：
根據愛因斯坦廣義相對論，當光經過有物質分布的彎曲時空時，會造成光的偏折現象。當一顆恆星的引力場像透鏡一樣，將遙遠背景恆星的光線放大，就會產生重力微透鏡的行為。只有當兩顆恆星幾乎完全對齊時，才會產生這種效果且持續時間是非常短暫的，只能持續幾天或是幾個禮拜。如果作為前景的恆星擁有行星的話，那麼也可以觀測到行星引力場貢獻的透鏡效應，從而推測出行星的資訊。
最後，從上述內容可以知道科學家們是如何從恆星中找到適居恆星，然後再從這些適居恆星中找到適居行星，可以想像這是一件多麼龐大的工程，且至今年4月共找到了3869顆系外行星。而在克卜勒任務已檢測到了共262顆系外行星位於適居帶中。但是縱使找到了如此多的適居行星，也不見得每顆都真的適合生命居住，再加上這些系外行星的距離都是以光年計的，以目前的科技還無法到達，所以還是好好的珍惜地球才是王道。
圖一：地球的環境是研究行星適居性的重要參考資料，因為地球是目前已知的惟一有生命存在的星體，圖片來源：https://web.archive.org/…/gr…/ABSTRACTS/GPN-2000-001138.html
圖二：太陽是目前已知確定有生命存在其行星上面的恆星，圖片來源：https://zh.wikipedia.org/…/File:The_Sun_by_the_Atmospheric_…
圖三：金星凌日，Original uploader was Mswggpai at en.wikipedia，圖片來源：https://zh.wikipedia.org/wiki/File:Venus_Transit_2004.JPG
圖四：蟹狀星雲脈衝星的X射線/可見光波段合成圖，圖片來源：https://zh.wikipedia.org/wiki/File:Chandra-crab.jpg
圖五：重力微透鏡法示意圖，圖片來源：https://zh.wikipedia.org/w…/File:Gravitational_micro_rev.jpg
參考資料：
維基百科─適居帶
網頁網址：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%81%A9%E5%B1%85%E5%B8%B6
維基百科─行星適居性
網頁網址：https://zh.wikipedia.org/…/%E8%A1%8C%E6%98%9F%E9%81%A9%E5%B…
維基百科─系外行星偵測法
網頁網址：https://zh.wikipedia.org/…/%E7%B3%BB%E5%A4%96%E8%A1%8C%E6%9…
維基百科─太陽系外行星
網頁網址：https://zh.wikipedia.org/…/%E5%A4%AA%E9%99%BD%E7%B3%BB%E5%A…
尋找太陽系外行星的方法摘要─國立自然科學博物館館訊第306期
網頁網址：http://web2.nmns.edu.tw/PubLib/NewsLetter/102/306/a-1.pdf
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