太陽系并非最宜居的家園？

來源：科技日報時間：2020-01-21 10:34:09

天文學家通常在位于恒星“宜居帶”內(nèi)的行星上搜尋地外生命的“蛛絲馬跡”。“宜居帶”指恒星周圍一定距離范圍，在此范圍內(nèi)，行星表面溫度適中，水能以液態(tài)形式存在于行星表面，生命得以孕育。

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

但據(jù)美國國家航空航天局(NASA)官網(wǎng)近日報道，經(jīng)過30年恒星調(diào)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(tǒng)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(huán)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(yǎng)地球生命近40億年，因此，傳統(tǒng)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(zhì)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(shù)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(jù)‘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(huán)境。”

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(shù)量、壽命及輻射量相對來說都“剛剛好”。

首先，K型矮星的數(shù)量是G型恒星的3倍，距太陽100光年范圍內(nèi)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?qū)⑻幱谔栆司訋?nèi)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?qū)⑹ゴ髿夂秃Ｑ?，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(shù)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(nèi)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(xù)不斷的耀斑和日冕物質(zhì)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(nèi)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(chǎn)生強X射線和紫外線輻射以及高能爆發(fā)，因此，它們爆發(fā)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(jié)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(wèi)星觀測了各種類型的恒星。依據(jù)這些觀測數(shù)據(jù)，他們確定了這些恒星的年齡、自轉(zhuǎn)速度、X射線—紫外線輻射和耀斑活動之間的關(guān)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(chǎn)生的紫外線極為敏感，他們據(jù)此評估了約20顆K型矮星產(chǎn)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。”

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(zhì)量超過地球的兩倍。”

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