【深度認識】系外行星

當夜幕低垂，天空中的星星總是令我們想像無限：在這燦爛的宇宙裡，除了太陽系的八大行星，還會有多少「地球」正在默默地繞著自己的「太陽」轉動？這種對外星世界的好奇心，正是現代天文學其中一個最迷人的課題。今天我就和大家一起深入認識「系外行星」(Exoplanets)——這些位於太陽系之外的遙遠星球，看看它們與我們的地球、太陽有何不同，又如何影響我們對生命與宇宙的想像。

甚麼是系外行星？

系外行星，顧名思義，是指圍繞太陽系之外恆星運行的行星。換句話說，除地球、火星等太陽系的行星外，凡是環繞其他恆星運行，並具備一定質量和體積，但本身不發光，只能反射其母恆星（主星）光芒的天體，都屬於系外行星。

「系外」這個說法或許有點遙遠，但其實這些星球很多都跟地球在「該星系」的角色一樣，只是它們的太陽（主星）不是我們的太陽。簡單想像：如果宇宙是一個擺滿桌球的小房間，每個桌球上都有幾隻小螞蟻在繞圈，那些「螞蟻」就是行星，而我們正在研究其他球上的螞蟻！

系外行星的發現歷程

雖然古今中外都曾幻想過外星世界，但系外行星真正被科學證實是近三十年內的事。第一顆正式被認證的系外行星是1992年發現的PSR B1257+12 B和PSR B1257+12 C，特別的是它們圍繞的是脈衝星（Pulsar)。1995年，瑞士天文學家Michel Mayor和Didier Queloz首次發現圍繞「類太陽恆星」的系外行星——51 Pegasi b，這掀起了全球尋找系外行星的熱潮。隨著「開普勒太空望遠鏡」（Kepler Space Telescope）等大型天文計劃啟動，人類現已確認超過5,400顆系外行星（截至2024年)，幾乎每一顆恆星都可能擁有自己的行星系統。

系外行星的多樣世界：大細、質量、距離與成分

說起系外行星的基本參數，其實天文學家已找到不少「地球2.0」、「超級地球」、「熱木星」等型號。讓我們逐一了解：

• 體積與質量：系外行星的體積和質量差異極大，從比地球還小的「迷你地球」（Mini-Earth），到質量超越木星（Jupiter）的巨大行星皆有。有些「熱木星」體積高達木星的1.4倍，質量可達地球的300倍以上；而某些「超級地球」則介乎地球與海王星（Neptune）之間，一般質量為地球的1-10倍。
• 距離：現已發現的系外行星距離地球最近的只有約4.2光年——位於比鄰星(Proxima Centauri)的Proxima b；最遠可達數千光年。舉例：太陽與地球的距離僅是「1個天文單位」(150,000,000公里)，但即使是最近的系外行星也已是40,000,000,000,000公里外。
• 溫度：系外行星的表面溫度變化極大，取決於其離主星遠近及大氣組成。有「熾熱地獄」級（逾1,000°C）的熱木星，亦有低於零下200°C的「極冷星球」。而在所謂「適居帶」(Habitable Zone)的行星，其表面溫度可能與地球相近，適合液態水存在。
• 組成：部分系外行星以岩石為主（類地行星Rocky Planets），與地球、火星相似；部分則為氣體巨行星（Gas Giants），大致上與木星、土星相近，成分為氫和氦；還有一些天文學家稱之為「迷霧行星」（Sub-Neptunes），介乎氣態與岩石之間。
• 自轉及公轉時間：如地球自轉一圈為24小時，公轉太陽一周為365日。系外行星因其所圍繞的主星質量、距離等不同，有些一年只有數天（如51 Pegasi b僅4.2日），有些則可長達數百年。

從上述數據可見，無論體積、質量、溫度、組成、週期皆五花八門，比太陽系更千變萬化。相比地球「中規中矩」的條件，系外行星世界真是千奇百怪。

系外行星與太陽、地球：一場宇宙大比拼

人類最熟悉的行星參考自然是地球和太陽系，但系外行星的存在正好讓我們對地球的獨特性有更深體會：

• 地球直徑12,742公里，質量5.97 × 10²⁴公斤；太陽質量為1.989 × 10³⁰公斤，而許多「超級地球」或「熱木星」常常超過地球數倍甚至百倍。
• 地球軌道上太陽的能量輸入恰到好處（約1,370 W/m²），使均溫約為15°C，液態水能長期存在。而許多熱木星因離主星過近，每日都像被烤爐照着，根本不能住人。
• 地球自轉週期24小時，公轉週期365.25日。系外行星公轉有些僅需數天，等於「一年」只有短短的香港週末，一眨眼又生日了！
• 地球成分以岩石、金屬為主，有氧氣、氮氣大氣層。許多系外行星卻是氫氦組成，甚至有些被濃厚雲層籠罩，未必有堅硬表面。
• 在系外行星「適居帶」的發現，使我們不禁好奇地問：如果這些星球有水，有空氣，會否也孕育了類似地球的生命？

天文學家如何發現系外行星？

其實，絕大部分系外行星都「看不見」它們本身，因為它們太遠、太微弱，被主星強光「蓋過」了。天文學家主要靠兩大方法：

1. 凌日法（Transit Method）：最經典的做法，是當行星在主星與地球之間經過時，會令主星光度微微變暗。就像電影台放廣告，一閃黑一下。開普勒太空望遠鏡便是靠這法子發現過千系外行星。
2. 徑向速度法（Radial Velocity Method）：即量度恆星被行星「拉扯」時出現的微細周期性位移，利用都卜勒效應（Doppler Effect）觀察主星光譜的紅移或藍移。這方法較適用於巨型行星。

還有其他新穎技巧如直接影像、重力透鏡等，但佔比暫時較少。

尋找「地球2.0」：系外行星的適居性

一般人最關心的問題，大概是「有沒有外星人？」。而這問題的前提便是「有沒有像地球一樣的行星」，天文學家稱之為「適居帶行星」（Habitable zone planet）。這類行星要具備：

• 大小及組成與地球相近（質量約0.5-2倍地球，岩石結構）。
• 距離主星適中，表面可能維持液態水。
• 擁有穩定氣候、適合生命存活之大氣。

截至2024年，發現的「候選地球」如Kepler-442b、TRAPPIST-1系統，都具有一定適居潛力。當然，能否真正有生命仍待日後技術突破。

系外行星對我們的啟發：宇宙中的新視野

不少人覺得天文學「太遙遠」，但其實系外行星研究為我們提供不少新思考。例如：在混亂都市中，你可能都幻想過「移民火星」；但天文學告訴我們，地球這個「適居星球」有多難得，大部份系外行星環境都極度惡劣。這更提醒我們要珍惜這片藍色家園。

另一方面，發現系外行星令我們明白，宇宙之大，地球不是唯一，也並非中心。我們或許只是在茫茫星海中一個普通的微點。這讓我們更謙卑、更好奇，不論科學還是生活，都值得我們用開放心態去探索與包容。

結語：系外行星—重新認識地球的起點

過去三十年，系外行星的尋找與發現革新了人類對宇宙和自身位置的理解。無論是迷你地球還是質量驚人的熱木星，這些由望遠鏡捕捉到的微光，正不斷豐富我們的宇宙目錄。日後，隨著科技進步，我們或能在這些遙遠星球尋獲第二個地球，甚至揭開生命起源之謎。

所以，當你下次抬頭看星空，不妨想一想，某一顆遙遠星星旁，可能正有一個「新地球」等我們發現。