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小編的世界 優質文選 宇宙

宇宙中數量最多的恒星,壽命長達數萬億年,它周圍可能存在生命嗎


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2020年8月09日 -
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這些被發現處於宜居帶的系外行星的主恒星,大多數都是紅矮星。因為我們的銀河系中70%的恒星都是紅矮星,離太陽最近的65顆恒星中有50顆是紅矮星。

比如離我們最近的恒星比鄰星就是一顆紅矮星,紅矮星的體積不太大,通常質量只有太陽的15%到50%。這些恒星周圍的條件與我們的太陽系非常不同,但既然這是銀河系中最常見的恒星,那麼生命能在那裏生存嗎?

在過去,科學家們一直認為紅矮星周圍的環境過於惡劣,不適合生命生存。在尋找外星生命的時候,通常也會忽略掉紅矮星系統,不過最近幾年一些新的研究成果表示了不同的看法。

因為紅矮星的質量遠遠低於像太陽這樣的紅矮星,質量小也就意味著星體內部的核反應較弱。表面溫度通常低於3500k,釋放出的光也比太陽弱的多,有時更可低於太陽光度的萬分之一。質量低於0.35太陽質量的紅矮星,通常沒有太陽那樣的輻射層構造,會有充分的對流。

氦元素會在恒星內部均勻分布,而不會在核心累積。

紅矮星是不會像太陽那樣在演化末期膨脹成紅巨星,而會逐步收縮,直至氫元素耗盡。

這也使得紅矮星在恒星模型中壽命可以達到數百億、數千億甚至數萬億年,不過紅矮星有一個對生命演化來說非常不利的難關。

由於紅矮星會比太陽之類的大恒星更快地旋轉,這會產生更極端的磁場,因而產生巨大的能量。在紅矮星誕生初期的1億年中,它的耀斑爆發出的能量要比太陽的典型耀斑的能量要強烈10萬倍。

年輕的紅矮星會每天釋放一次、甚至幾次這樣的耀斑,耀斑爆發時的紫外輻射會瞬間增強幾百到上萬倍,沒有任何生命能承受如此強烈的輻射。另外,強烈的耀斑爆發會吹走周圍行星上的物質。

我們曾觀測到一顆距離我們32光年外,僅誕生1200萬年的年輕紅矮星AU Microscopii。通過哈勃望遠鏡的圖像發現大量的物質以每秒10公里的高速度,被推離恒星。如果在挨過了最初1億年的極端耀斑期,可能演化出生命嗎?

之前幾十年的研究,科學家們認為這很難。如果假設紅矮星周圍有行星圍繞,也會由於它們之間相距過近,行星會被紅矮星鎖定,就像月球被地球鎖定一樣。

行星將只有一面面對紅矮星,承受高溫和輻射;而另一面永遠處於黑暗之中,溫度低到零下幾百度。只有在兩面交界的區域,才可能會因為適宜的溫度允許生命演化,不過挑戰還在繼續。

雖然行星溫度可能合適,並且有液態水的存在,但科學家們計算得出紅矮星並沒有適合進行光合作用的光子頻率。在地球上,食物鏈底端基礎是植物,它們吸收400到700納米波長的光作為能量,進行光合作用。然後動物吃植物,形成最簡單的食物鏈。

而在紅矮星系統中,由於紅矮星的特殊光譜,即使行星位於紅矮星周圍的宜居帶。它也只能接收到較長波長的紅光和紅外光,以及較短的紫外線,並沒有足夠的正確頻率範圍內的光子,來支持像地球這樣的生物圈。

這些原因也是長期以來,科學家們認為紅矮星系統不可能存在生命的原因。

難道紅矮星系統就不可能存在生命了嗎?

維拉諾瓦大學的一個團隊,通過多年對巴納德星系統的研究,有了一些不同的看法。巴納德星是一顆質量非常小的紅矮星,它的質量約為太陽的17%、直徑約是太陽的1/6、亮度很弱,以肉眼觀測是看不見的。

在蛇夫座附近,距離地球僅約6光年遠,是比鄰星之後,距離地球最近的恒星。它有一顆並不處於宜居帶的行星,繞行巴納德星的軌道距離比水星距離太陽還近,平均表面溫度零下170攝氏度,但它的質量是地球質量的3.2倍、半徑是地球的1.37倍。它是一顆大型行星,可能具有一個大型的鐵、鎳和鋅和大量的地熱活動。

這種情況和木星的衛星木衛二相似,它可能有一層厚厚的冰層,覆蓋著液態海洋。這些海洋有著足夠的地熱能量來支持生態系統的活動,而不需要依賴恒星輻射。

事實上在銀河系中,這樣的行星環境比我們的地球更加普遍。還有一個不可忽視的原因,就是紅矮星會比太陽更持久,不像我們的太陽只剩下幾十億年的壽命,紅矮星可以持續10000億甚至更多年。只要生命以某種方式在地下或者冰下,躲過了最初1億年的極端耀斑期,它們將會有數萬億年的時間來進化。至於它們會不會存在或者能進化成什麼樣,我們現在的觀測手段確實了解有限。