太陽系并非最宜居的家園?

2020-01-20 14:22:51 來源: 科技日報 作者: 劉霞


這張圖片比較了銀河系中G型恒星、M型恒星和K型恒星的不同特征。 圖片來源:NASA官網

本報記者 劉霞

天文學家通常在位于恒星“宜居帶”內的行星上搜尋地外生命的“蛛絲馬跡”?!耙司訋А敝负阈侵車欢ň嚯x范圍,在此范圍內,行星表面溫度適中,水能以液態形式存在于行星表面,生命得以孕育。

但據美國國家航空航天局(NASA)官網近日報道,經過30年恒星調查,一種新興觀點浮出水面。該觀點認為,宇宙中存在“金鳳花恒星”(金鳳花姑娘是美國傳統的童話角色,她喜歡不冷不熱的粥、不軟不硬的椅子等一切“剛剛好”的東西,所以,美國人常用“金鳳花姑娘”形容“剛剛好”。),其表面既不太熱也不太冷,最重要的是,擁有環境適宜、“性情溫和”、適合生命生存的行星。這些“金鳳花恒星”其實才是搜尋生命的最佳地點。

銀河系主要存在三類恒星

鑒于太陽已哺育滋養地球生命近40億年,因此,傳統觀點認為,像太陽這樣的恒星是尋找其他潛在宜居星球的主要候選者。但美國賓夕法尼亞州維拉諾瓦大學的愛德華·吉南認為,溫度和亮度比太陽稍低的K型矮星才是真正的“應許之地”,是最適合孕育高級生命的“宜居恒星”。

銀河系主要存在三類恒星:G型類日恒星;質量比太陽小、溫度比太陽低的K型矮星;比K型矮星更暗、溫度更低的M型紅矮星。銀河系恒星中,M型紅矮星數量最多,約占73%;G型恒星最少,約占6%;K型矮星居中,約占13%。

吉南說:“這三種恒星中,K型矮星占據‘最好位置’,其特性介于更罕見、更明亮、但壽命更短的G型恒星和更常見的M型紅矮星之間。K型矮星,尤其是表面溫度較高的K型矮星,擁有最好的恒星環境?!?/p>

K型矮星相對更“溫柔”

對于尋找系外生命而言,為什么K型矮星才是最佳之選呢?吉南解釋說,K型矮星是銀河系中的“金鳳花恒星”,其數量、壽命及輻射量相對來說都“剛剛好”。

首先,K型矮星的數量是G型恒星的3倍,距太陽100光年范圍內約有1000顆K型矮星,是探索系外生命的主要對象。

此外,K型矮星的壽命從150億年到450億年不等。相較之下,太陽的壽命只有100億年,而太陽目前已走過“前半生”。鑒于太陽的演化速度相對較快,再過10億或20億年,地球基本將不再宜居。因為約10億年后,地球將處于太陽宜居帶內溫度更高的邊緣,隨著太陽變得越來越熱、越來越亮,其宜居帶會逐漸外移。最終,地球將失去大氣和海洋,變得干燥無比。在地球90億歲時,太陽將膨脹成一顆紅巨星,吞噬地球。

M型紅矮星盡管體積較小,卻勝在數量眾多,壽命更長。遺憾的是,我們知道它們似乎不適宜孕育生命。主要原因在于,M型紅矮星表面溫度更低,宜居帶相對較窄,位于宜居帶內的行星距恒星很近,受到的X射線和紫外線輻射極強,強度可能是地球受到太陽輻射強度的上萬倍。持續不斷的耀斑和日冕物質拋射會拋出大量等離子體和高能粒子,轟擊其行星。這樣一來,紅矮星“宜居帶”內行星會被“烤干”,在其生命早期就失去大氣層,無法演化成宜居星球。

而K型矮星相對來說更“溫柔”一點,沒有活躍的磁場產生強X射線和紫外線輻射以及高能爆發,因此,它們爆發耀斑的頻率很低,其行星受到的致命X射線輻射也弱得多。

“金鳳花計劃”得出結論

吉南和同事斯科特·恩格爾等人攜手開展了名為“金鳳花計劃”的研究項目。在該項目中,吉南團隊使用哈勃太空望遠鏡、錢德拉X射線天文臺和XMM-牛頓衛星觀測了各種類型的恒星。依據這些觀測數據,他們確定了這些恒星的年齡、自轉速度、X射線—紫外線輻射和耀斑活動之間的關系。

他們抽樣觀測了一些溫度較低的G型恒星和K型矮星。哈勃望遠鏡對氫氣產生的紫外線極為敏感,他們據此評估了約20顆K型矮星產生的輻射。吉南表示:“哈勃望遠鏡是目前唯一能進行此類觀測的望遠鏡?!?/p>

在觀測的K型矮星中,包括開普勒-442、鯨魚座的天侖五和波江座的天苑四。后兩顆恒星是“奧茲瑪計劃”的探索目標,奧茲瑪計劃始于20世紀50年代,是首個嘗試探測外星文明無線電信號的計劃。

吉南表示:“值得注意的是,開普勒-442非常重要,因為它擁有最好的‘金鳳花’行星Kepler-442b,這顆巖石行星的質量超過地球的兩倍?!?/p>

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責任編輯: 左常睿
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