行星一定需要恆星嗎？

慕尼黑大學天文物理學家芭芭拉・埃爾科拉諾（Barbara Ercolano）表示：「或許我們需要跳脫地球中心主義的框架，不再認為生命非得以我們所知的方式呈現。說不定流浪行星才是宇宙的常態，只是因為我們生活在一個截然不同的系統中，才會覺得它們如此奇特。」

天文學家已在銀河系中掌握了至少 70 個流浪行星的線索，但根據模型顯示，銀河系中的流浪行星數量可能是恆星的 20 倍之多──總數高達上兆顆。此外，研究人員今年首度正式證實了一個沒有母恆星的系統存在；這顆流浪行星距離地球約 1 萬光年、體積與土星相近，而他們也成功測出了它的質量。

美國航太總署（NASA）的南希．格雷斯．羅曼太空望遠鏡（Nancy Grace Roman Space Telescope）已於 8 月發射；隨著這項與其他新計畫展開，未來有望再確認數百顆這樣的流浪行星。隨著研究人員深入探究這些無星系統，它們似乎也沒有原本想像得那麼死寂，進而提高了這些行星──或者更可能是它們周遭的衛星──孕育生命的機率。

行星是怎麼變成孤兒的？

行星成為孤兒的方式有好幾種。其中一小部分可能是「失敗的恆星」，儘管科學家仍在努力了解這種形成機制。埃爾科拉諾指出，它們可能在分子雲碎裂後，於其中獨立形成，但始終沒有累積足夠的質量，讓核心開始燃燒燃料並成為恆星。有些則可能屬於一種被稱為「棕矮星」（brown dwarf）的失敗恆星，不過兩者之間的界線目前仍存在爭議。

然而，多數這類的流浪行星可能原本也是像一般行星一樣繞著恆星形成，隨後卻被逐出了系統。在行星形成的最初幾百萬年間，它們的軌道往往混亂不規則。年輕的行星更容易與其他大型天體的軌道交錯，因而受到重力推擠而甩出系統之外。這些行星的質量通常較小，大約是火星的大小，或是位於系統的外圍。

埃爾科拉諾表示：「這種災難性的交會，可能在每一個已經形成的恆星系中都上演過。」

不過，行星不會無緣無故就被甩出系統，這需要剛好合適的軌道條件。以我們太陽系為例，目前的行星都安分地繞著太陽轉，缺乏逃脫太陽重力所需的能量。

同樣任職於德國慕尼黑大學的天文物理學家大衛・達爾比丁（David Dahlbüdding）也指出：「我們之所以能安穩存續至今，純粹是因為現今的軌道非常穩定。」

在 2021 年，研究人員估計天蠍座上方區域與蛇夫座中，至少藏有 70 顆流浪行星（圖中的圓圈）。 ESO/L. Calçada/N. Risinger (skysurvey.org)/DSS2/Miret-Roig et al./M. Kornmesser

沒有恆星的行星能孕育生命嗎？

在早年的一集《星艦迷航記》（Star Trek）中，船員們登陸了一顆位於無恆星系統中的行星──但那裡卻有著像地球一樣的樹木和大氣層，甚至還有水的跡象。

達爾比丁表示：「生命的基礎原料當然是液態水。要維持液態水，就需要足夠的溫暖與熱量。」他和埃爾科拉諾以及其他研究夥伴最近在《皇家天文學會月報》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）上發表了一篇論文，探討擁有衛星的流浪行星是否具備適居性。

與《星艦迷航記》中的行星不同，真實的流浪行星表面很難維持足夠的溫度以孕育生命或液態水。它的大部分熱量在形成之初就已經存在，且會迅速消散。

科學家們也提出了其他理論。岩質行星內部的放射性元素衰變時會緩慢釋放熱能，或許能讓地表下方存在液態水。此外，內部熔融的行星也能透過對流將熱量傳遞至地表，宛如滾水壺中翻騰的水流。

埃爾科拉諾說：「大家都曾推測過這些可能性，但我不知道有哪項研究系統性地檢視過所有這些假設。我認為，不能排除這顆行星存在適居條件的機會。」

根據模型顯示，更有機會孕育生命的其實是環繞行星運行的衛星。達爾比丁表示，當流浪行星被甩出系統時，它的衛星也可能以高度橢圓的軌道一同被彈射出去。其中有些衛星的體積甚至能跟地球一樣大。

衛星可以透過稱為「潮汐加熱」（tidal heating）的過程產生內部熱能──就像是不斷快速捏壓橡膠健身球一樣。當衛星沿著橢圓軌道繞行流浪行星時，行星會對它施加大小不一的引力。當衛星靠近行星時引力較強、較遠時較弱，這種拉扯會使它的內部受到擠壓變形，進而將軌道能量轉化為熱能。

這種現象在我們的太陽系中也找得到。以木星的衛星木衛一（Io）為例，木星對它的擠壓與加熱極為劇烈，導致其內部熔岩不斷噴發。因此，木衛一是太陽系中火山活動最劇烈的天體，並不適合人類居住。

達爾比丁表示：「你需要適量的潮汐加熱來維持液態水，但又不能過量……因為那樣會讓能量消散得太快。這樣一來，根本無法長時間維持這種環境，讓生命得以萌芽演化。」

達爾比丁和同事發現，但在這個黃金區間內，潮汐加熱可以提供足夠的熱能，讓地表水在沒有陽光的太空中不致結冰。

流浪行星能為生命提供足夠的溫暖嗎？

光是產生熱能還不夠，一個適合居住的世界還需要能夠鎖住這些熱能。

在地球上，大氣中的二氧化碳會透過溫室效應來捕捉熱量。但在缺乏鄰近恆星、極度寒冷的環境中，高濃度的二氧化碳大氣就無法發揮太好的保溫效果。這種化合物在冰冷環境中會凝結成液體，並失去大部分的保溫能力。

相反地，達爾比丁和同事建立了一個充滿氫分子的大氣模型；這些氫分子可能在衛星形成時就已存在，也可能是後來透過化學反應產生。氫分子互相碰撞時，會吸收熱輻射。研究團隊發現，這種大氣搭配潮汐加熱，在不同的表面壓力下，最高能有效地將熱能鎖住長達 43 億年，甚至足以在地表維持液態水。

事實上，地球生命的起點可能就孕育於富含氫氣的大氣中。隕石撞擊曾產生大量的氫氣，進而形成水和氨──這些都是孕育生命的有利成分。部分研究也指出，地球上所有生命的共同祖先，當初可能就是以氫氣作為能量來源。

「我們不只是在了解其他行星是什麼樣子，更是在了解我們自己、了解我們自身的歷史。」俄亥俄州立大學的天文學家安德魯・古爾德（Andrew Gould）表示。

如何尋找流浪行星

發現更多流浪行星有助於解答其中一些問題，但它們比繞著恆星運轉的常規系外行星（數量已超過 6000 顆）更難偵測。試想一下，要在沒有手電筒的情況下，在黑暗中尋找數百萬光年遠的物體。這個看似不可能的挑戰，使得流浪行星的發現往往只能靠機緣巧合。

在 2000 年代初期，科學家在天空中搜尋黯淡的天體時，首度陸續發現了沒有母恆星的行星。迄今為止，科學家尚未在任何流浪行星周圍偵測到衛星。

當流浪行星從更遙遠的恆星前方掠過時，恆星發出的光線在朝地球前進的途中，會因為這顆行星的重力而發生彎曲。前景中的行星會短暫放大背景恆星的亮度，天文學家就能透過稱為重力微透鏡效應的技術，偵測到這種光度激增的現象。 NASA’s Goddard Space Flight Center/CI Lab

科學家尋找流浪行星證據的主要方法，是觀察它們從一顆遙遠且毫無關聯的恆星前方掠過時，如何短暫地放大該恆星的光芒──這被稱為「重力微透鏡效應」（gravitational microlensing）。不過，這種天體對齊的機會非常罕見，且通常只會維持幾小時或幾天。

地面望遠鏡網路會捕捉這些明亮的閃光，但它們必須克服天候、日照、大氣干擾以及資料收集空窗期等挑戰。所幸，這種局勢很快就會有所突破。美國航太總署全新的羅曼太空望遠鏡將透過重力微透鏡效應來進行探測，其視野是哈伯太空望遠鏡（Hubble Space Telescope）的 100 倍，且每 12 分鐘就會掃描一次目標區域，預計能找到高達 400 顆地球大小的流浪行星。

中國預計於 2028 年發射的「地球 2.0」任務，也計畫觀測銀河系中心的數千萬顆恆星，且有望再發現數百顆流浪行星。接著，預計於 2029 年啟用、位於智利的「極大望遠鏡」（Extremely Large Telescope）則能對這些發現的候選天體進行後續追蹤，檢視其溫度、大氣與化學組成。

至於造訪流浪行星，古爾德表示：「人們終究會發射火箭前往那裡。」但在現階段，那依舊是科幻小說的情節。他指出：「甚至光是要到達這些行星……以十分之一的光速前進也需要花費 10 萬年，所以，想進一步掌握更多資訊，將會是一條非常漫長的路。」

延伸閱讀：困擾天文學家近半世紀的「Wow!」訊號，最新研究提出新解釋 / 除了地球，太陽系哪裡還可能有生命？