M 矮星可能是最佳——或最差——的地外家園

對於地球以外的生命來說,這些恆星可能是祝福也可能是詛咒

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在尋找太陽系以外宜居世界的過程中,最大、最熱門的機會可能出現在最小、最冷的恆星周圍。這些恆星被稱為 M 矮星,質量和亮度僅為太陽的一小部分,但數量卻是太陽的 10 倍以上。環繞 M 矮星執行的行星必須非常靠近恆星,才能足夠溫暖以支援生命,就像露營者擠在小火堆旁一樣。這種近距離使得行星搜尋者相對容易找到它們,而 M 矮星的普遍性意味著附近有很多值得研究的行星。

天文學家現在正積極準備進行這樣的探索。多個獨立專案已經在監測附近的 M 矮星,並且正在開發大量新的望遠鏡和衛星來發現環繞它們執行的行星,包括美國國家航空航天局的凌星系外行星巡天衛星(計劃於 2017 年發射)。這些努力使得即將發現潛在的宜居 M 矮星行星幾乎成為必然。然而,所有這些天體是否真的能被證明是宜居的,還遠不清楚:使有希望的 M 矮星行星如此容易被發現的陽光特性,也可能排除這些世界存在生命的可能性。

M 矮星行星易於發現但難以支援生命的 3 個原因


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擺動和潮汐 天文學家透過尋找擺動的恆星來發現一些行星,這是一種週期性的來回運動,是由看不見的世界的引力牽引引起的。一顆圍繞 M 矮星在宜居軌道上執行的地球大小的行星,會以可探測的每秒米的速度改變其在太空中的運動,並且這種擺動每隔幾周或幾個月就會重複出現——比太陽幾乎難以察覺的擺動頻繁得多。但是,在如此近的距離下,潮汐力可能會消耗行星自轉的能量,導致行星每軌道只自轉一次,始終將相同的半球朝向恆星,就像月球對地球一樣。在最壞的情況下,這樣一顆行星的水和空氣可能會凍結並積累在其寒冷的夜晚半球,形成巨大的冰蓋,使表面無法居住。

陰影和耀斑 另一種定位行星的方法是尋找凌星世界的陰影,即從地球上看,部分遮蔽其恆星的行星。由於 M 矮星行星的軌道離恆星很近,因此與繞較大恆星執行的行星相比,它們會阻擋更大比例的星光,從而使其陰影更容易被看到。然而,對於潛在的生命來說,這有一個缺點。M 矮星的亮度遠低於類太陽恆星,並且變動性更大,由於星斑和恆星耀斑而急劇變暗和變亮,使行星沐浴在 X 射線和紫外線輻射中。這種不可預測的輻射可能會嚴重破壞氣候和生物圈。並且緊挨著動盪不安的 M 矮星,一顆原本宜居的行星可能會因強大的耀斑而導致大氣層被侵蝕。

漫長的壽命和動盪的青年期 M 矮星如此眾多的一個原因是,它們的壽命比其他恆星更長——它們的數量隨著時間的推移而增長,因為它們的小尺寸使它們能夠緩慢而有效地燃燒核燃料。但是,這種長壽是在經歷動盪的青年期之後才到來的。有點違反直覺的是,由於 M 矮星的體積小,引力較弱,因此它們的形成時間可能比大得多的恆星更長。它們可能花費數億年的時間作為原恆星,從坍縮的氣體雲中緩慢形成。然而,行星可能在數千萬年內圍繞這樣的原恆星形成。在所有這段間隔的時間裡,這些世界將在原恆星的光和熱中煎熬,可能會在 M 矮星完全形成之前就煮掉它們大部分維持生命的水。

大眾科學 Magazine Vol 312 Issue 5本文最初以“小個子”為標題發表於《大眾科學》雜誌 第 312 卷第 5 期(),第 24 頁
doi:10.1038/scientificamerican0515-24
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