说说恒星宜居带的问题
宜居带又译作适居带，这个概念对于很多人来说可能并不陌生，它是指恒星系统中适宜生命居住的区域，又或者说是允许类地行星表面有液态水存在的地带。对于行星以至地外生命搜索来说，宜居带都算是重要地带，如果在这里找到了一颗行星，必然会引起学界乃至大众的广泛关注。宜居带的定义看上去很简单，不过细想之下却有值得推敲的地方：首先，液态水存在的条件；其次，宜居带位置随时间的演化问题，再次，除了水分之外其他的影响因素，等等。
液态水存在的条件乍看很简单，0摄氏度到100摄氏度之间嘛。但是不要忘记的是，水的冰点和沸点温度并非一成不变的常数。不记得了？那就先看看三相图来温习一下吧：
从上图可以明显看出，水的相变点与压强关系很大，那么这个压强就是问题了。虽说是考虑范围局限于类地行星，但是仅仅在太阳系之内，同为类地行星的水金地火之间的大气压强差异就太大了，从稀薄得几近真空的水星到大气压是地球近百倍的金星，其上的水分冰点和沸点也是差得远。而且这个气压还不是与行星体积简单相关的，人人都知道探测系外类地行星的难度，了解其大气又是难上加难，又有谁知道有待研究的行星，它的大气是什么样的呢？
看看宜居带与恒星距离的计算，其实就是待研究的恒星光度与太阳光度求比再开平方，最后与一个系数相乘。由此看来，这个宜居带的定义还应该在类地行星之上再加一点，也就是该行星大气以及其他条件也接近于地球。但是如前所述，这个假设本身就并不是很靠谱，所以宜居带定义的严谨性明显也就打了折扣。
不同类型恒星宜居带的范围。（图片来源：http://www.astro.sunysb.edu/fwalter/AST101/habzone.html）
当然也可以再细化，说宜居带的适用范围仅限于类似地球的生命，所以必然要求系外行星压强与地球接近。不过外星生命形态未知，谁也不能排除高压或者相对稀薄的空气中生命存在的可能性。（实际上在地球上压强很大的深海海域也不是没有活物存在。）
与水的相变点温度相比，宜居带的位置随时间的演化问题就是次要的了。这主要是说，恒星光度并非一成不变，而是随着时间推移会发生变化的。以太阳为例，在形成40几亿年以来，它的光度实际上是逐渐增加的，现在的太阳已经比零龄主序时代增加了差不多30%。其中的原因很简单：随着核聚变反应的进行，核心温度会升高；较高的温度进一步促进了更多反应的发生，而其他恒星也大抵如此。这样看来，姑且先认为宜居带只是允许条件类似地球的行星表面存在水分的地带，其具体位置也是随着恒星年龄的增长逐渐向外推移的，这样一颗行星就有可能会移入或者移出宜居带。当然这一问题比较直接，之前倒是已经被不少人讨论过了。
太阳周围宜居带的变化，t0表示零龄主序的范围，t1表示当前，CHZ缩写表示“持续宜居带”，也就是在太阳整个主序星生涯中都满足宜居带定义的范围。（图片来源：http://www.astro.sunysb.edu/fwalter/AST101/habzone.html）
其他因素就更是杂七杂八了，首先要考虑行星的特性。其一是大气成分。举例来说，如今金星虽然靠近太阳系宜居带的内缘，但是除了压强以外，大气中的成分导致了强烈的温室效应，使星球表面温度奇高，自然无法让生命存活。其二是行星表面的反照率，这决定了究竟有多少恒星辐射会被行星本身吸收。倘或反照率过高，星光中基本也就没有多少比例被吸收，无法用于维持行星表面的温度了。同理，行星本身的放射性元素衰变以及火山活动等也会产生额外的热量，这些都让星体温度的确定变得很复杂。所以要探讨宜居带，星光能提供多少热量是一方面，行星表面的温度那是另一个复杂的话题。
另一个因素是恒星的寿命，像O、B或者A型这样的短命恒星在作为超新星了结一生之前，根本没有多少时间留给生命演化，讨论宜居带的意义也不大。另外还有恒星的稳定性，如果过于活跃，经常发生危害生命的大规模耀斑活动（如某些红矮星），生物可能也很难存活于此。
此外还有潮汐的问题。从本文第二张插图可见，质量越小光度越低的恒星，其宜居带距离主星也就越近。但是倘或距离主星过近，星体会遭受很强的潮汐力，让自转速度减慢，进而发生潮汐锁定现象。月球就是潮汐锁定的一个例子，它一直以一面朝向地球。不过在恒星系统中，潮汐锁定会是致命的：行星的一侧永远朝向恒星，另一侧处于永久的黑暗中。如果没有有效的大气辐射转移，这样的行星向日侧会因为长时间的曝晒而保持高温，对侧则是持续的低温。根据分析，生命在此类星球上可能只会出现在昼夜分界线附近。
由此，一颗行星位于宜居带之内，对于生命演化来说并不是万事大吉。而另一方面，宜居带以外的行星也不是完全没有可能拥有生物。且不论外星生命可能具备的怪异形态，只论液态水的问题，仅仅在太阳系中，木卫二的表面冰层之下也很有可能存在海洋，这里的液态水可能是由木星卫星的轨道共振产热所维系的。更进一步，气态类木行星上可能的生物也曾经有过探讨，将行星局限于类地不一定妥当。当然更极端的观点可能压根不承认水份对外星生命的必要性，那就不在本文的讨论范围之内了。
在恒星系统的宜居带之外，近年又有人提出了星系的宜居带，主要观点是生命的存在需要足够的重元素、较少的超新星以及高能辐射源等星际威胁。不过相关探讨还处于起步阶段，本文不予详谈。
