zhengrong8247
太阳系以外的水行星可能比之前预计的还要普遍，它们占据了太阳系外行星总数的35%。一项新的研究指出，根据开普勒太空望远镜和盖亚任务的数据显示，水在许多行星的质量占比达到了一半。水是寻找地外生命的重要组成部分，它被认为是任何生物存在的基础。没有水就代表没有生命，所以想要找到可能存在生命体的系外行星则要先找到拥有水迹象或至少有液态水存在的合适条件的行星。
现在，由哈佛大学Li Zeng领导的一个国际研究小组发现，水世界在太阳系外的存在可能比以前认为的要普遍得多。研究发现，在4000多颗被证实或候选的系外行星中，有许多的半径是地球的1.5至2.5倍。然而，当他们试图模拟这些类地行星的内部结构时发现了一些有趣的东西。
Li指出，他们通过研究质量与半径的关系然后建立了一个能够解释该种关系的模型，模型显示，那些半径为地球1.5倍左右的系外行星往往都是岩石行星，而半径为地球2.5倍的则可能是水行星。
这种现象可以归结为约35%比地球大的系外行星都是水世界。然而这并不代表它们就跟地球一样，实际上它们许多就跟地狱一样，有着像高压锅一样的环境。Li称，这些行星的表面温度预计在200-500摄氏度之间，它们的表面可能被水蒸气主导的大气所笼罩，下面则有一层液态水。再往深处看，这些水在抵达固态岩石核心之前变成了高压冰。
“我们的数据显示，在所有已知比地球大的系外行星中，大约有35%应该富含有水。这些水世界类似于太阳系中的木星、土星、天王星、海王星的形成方式。在地面光谱追踪的帮助下，最新发射的TESS卫星将会发现更多这样的行星。下一代太空望远镜詹姆斯-韦伯太空望远镜将有希望带来关于这些行星的大气特征。对于那些对这些遥远世界感兴趣的人来说，这是一个激动人心的时刻。”
cnBeta
有人提出这个问题，估计是看到了和这条相类似的新闻
据美国太空网20日报道，行星“捕手”开普勒望远镜“迟暮之年”再立新功。近日，日本科学家利用开普勒的观测结果和地面观测数据，发现了15颗围绕红矮星运行的新行星，且其中一颗行星的表面可能有液态水。
每次这样的新闻出现都会广泛地在媒体上引起热潮，甚至部分媒体从人员直接报出“我们找到第二个地球了”之类的妄语。因为报道时时通常会忽略得出这个结论的各种前提假设和过程手段（其实也不能怪，因为非专业的根本看不懂论文），数据处理和推理的每一个环节出点问题结论就会不同，所以在正式发表的科研论文中，论文作者都会使用indicate、suggest、perhaps、probably 等词。
“如何探测系外行星上的液态水”这个问题稍显专业，这也是问题提出三四个月来只有两条回答的原因。在正式开始回答之前，我们先来聊聊现有的两条回答。
第一条答案“扔石头”
应该是出于玩笑。但在地球上确实是监测有没有液体的，如果我们能在外星表面登陆，确实也可以这么做。但问题来了：你怎么知道溅起的液体是水呢？
第二条答案是“分析光谱”
就是像几百年前牛顿做的那样把从遥远的星球（这里是系外行星）传播过来的光经过三棱镜（或者光栅）变成“七彩祥云”，想象“驾着七彩祥云来娶你”，哦不，从七彩祥云中看到水分子的（吸收或发射）特征。但是“行星”之所以是“行星”，它们是不能发光的（其实也不是不发光，只要具有温度，都会以黑体辐射的方式向外辐射能量），我们能看到太阳系内的行星主要是它们能够反射照射到它们身上的光线（彗星、小行星等也是这样）。
首先，就像你几乎不可能发现在一只直接对着你照射的探照灯旁边飞行的一只萤火虫一样，因为行星相比于它所绕转恒星太过于暗淡，一般都会被恒星的光芒掩盖，要直接看到系外行星几乎是不可能的。目前仅有少数被直接成像（拍摄照片）的系外行星。一些特殊情况，现代望远镜可以直接得到系外行星的影象，比如行星体积特别大（明显地大于木星），与恒星有一段较大距离（可以分开），以及行星较为年轻（温度较高而放出强烈的红外线，例如2M1207b）。并且还要借助一定的手段，比如观测时把中间的明亮的恒星给遮住（例如HD 106906 b、HR 8799 及其行星的观测）。目前使用各种手段拍摄到影像的共计22颗系外行星（https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_directly_imaged_exoplanets#Exoplanets），这个数目和目前大几千的已经确认的系外星或待确认候选者相比，微乎其微。
（2M1207（蓝色）及其行星2M1207b（棕红色） 图片：wikipedia）
（HD 106906 b影像， 图片：wikipedia）
（恒星HR 8799 （位于被遮住的中心）和环绕它的四颗行星， 图片：wikipedia）
其次，就像上面所展示的三个示例，我们勉强拍到系外行星的影像非常微弱。要知道做光谱是把望远镜能够收集到的光子按照光子能量大小（波长、频率、能量其实是一回事，之间可以转换）给排排坐，这么暗的目标是不可能进行光谱观测的。
最后，就算能得到光谱，看到了光谱上呈现水分子的（吸收或发射）特征，但这是行星大气中的“水分子”，而非行星表面液态的水。
好了，言归正传。但上面介绍的哪些也并非乱扯，它可以让我们知道观测系外行星是多么难，以目前的观测手段所获得的系外行星的信息是多么少。“液体水”实际上要远远超过目前的探测能力，所以现在对系外行星上发现液体水都是基于有限观测信息后的大力推测。
“液态水”真相
搜索了一下推测可能有"液态水"的系外行星的发现论文和官方报道，从它们的标题“Water-Planets in the Habitable Zone: Atmospheric Chemistry, Observable Features, and the case of Kepler-62e and -62f”，“NASA telescope reveals largest batch of Earth-size, habitable-zone planets around single star”，“Wonderful potentially habitable worlds around TRAPPIST-1”“A super-Earth around a red star could be wet and wild”就会发现，这些行星都处于“宜居带”，并且都是“岩石型行星（类地行星）”。岩石型行星说明它们和地球很像，而不是木星、土星那种气态行星。宜居带本身的定义就是因为和恒星恰当的距离使得行星有事宜的温度，在星球的表面有液体水存在可能（不太离谱的大气成份，空气中有水分子，温室效应不太严重）。是否有液态水完全是基于上述“宜居带”和“岩石型行星”的合理推测而已。
（处于宜居带的Kepler-62e 和Kepler-62f，图片：wikipedia）
（TRAPPIST-1具有三颗可能有液体水的TRAPPIST-1e，TRAPPIST-1f，TRAPPIST-1g，图片：wikipedia）
当然也不是纯粹拍脑袋想出来的，有一定的数学模型和气候模式的模拟。比如在“
科学家发现15颗系外行星，其中一颗表面或有液态水”，这篇新闻报道就明确提到了
在三维气候模拟中对K2-155d进行了建模，结果发现这颗系外行星可能含有液态水。
气候模式模拟（3D global climate simulations）的结果是什么呢，就是下面这幅图：
（K2-155d三维气候模拟，图片：Hirano et al. 2018, AJ, Volume 155, article id. 124）
那么这个气候模拟是咋回事呢？具体请查阅这篇论文
这是2017年发表在ApJS文章，有22页长，我也仅仅是看了一个摘要。大致是这样的：美国宇航局戈达德空间研究所（Goddard Institute for Space Studies，GISS）可发的名叫“地球和外星环境的轨道和气候动力学模拟”的三维全球循环模型，可以建立太阳系和系外岩石型行星的大气。新的模式能够处理更宽泛的大气条件，包括更高和更低的大气压力，更多样化学组成和成分，更大更小的行星半径和重力，不同的自转速率，不同的海洋和陆地分布和地形，以及潜在的基本生物圈功能等。
是不是听着很牛但不知道在说什么，有种不明觉厉的感觉。其实就是，通过凌日法、视向速度法等方法测出系外行星的轨道、质量、半径大小，在加上绕转恒星的类型和光度等信息放到这个模式里，模式自动尝试各种大气成分、海洋构成等等这些东西就开始进行运算，科学家就端着咖啡玩吃鸡。过了几天（甚至几个月），“叮咚”一声运算结束，科学家一看分析数据：这个星球表面可能有液体水！
所以NASA开新闻发布会时最后会说如下类似的话
尽管这一结论令人兴奋，而且提供了一些可能性，但依然需持谨慎态度，需要进一步的分析才能确认这一发现。
嗯，应该估计就是这么回事 ^_^
南极观星人
通过分析光谱，不同的分子吸收不同波长的光。不同物质原子内部电子运动状况不同，所以发射的光波也不同，不同波长的光经过色散实验，出现不同的颜色，赤橙黄绿青蓝紫，根据光谱分析，宇宙中到处的物质都差不多，都在元素周期表上。
