紅矮星可住帶

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銀河系入邊有好多紅矮星。呢啲紅矮星周圍可能會有可居住帶。研究紅矮星可住帶有助人類揭示地外生命嘅存在方式。而家就紅矮星嘅特點嚟睇,有啲因素唔利於紅矮星周圍行星產生生命,譬如話紅矮星能量輻射量細,會令到可居住帶個範圍縮細;重有潮汐鎖定效應恆星變光現象,都會阻礙繞行紅矮星嘅行星產生生命。亦都有有利嘅因素,譬如話喺宇宙入邊紅矮星數量極多、紅矮星生命周期特別長呢啲。

褐矮星數目重多過紅矮星。之不過,就啲人而家知嘅嚟講,佢哋輻射出嚟嘅嗰一啲啲能量好快就會散盡,根本就冇可能支撐生命;而且一般嚟講佢哋都唔係恆星。

紅矮星嘅特性[編輯]

而家嘅天文發現話畀人知,紅矮星係最細、溫度最低嘅恆星。估佢哋嘅數目響冚嘭唥恆星數度嘅比率可以去到70個皮申到90個皮申。話佢哋「矮」,係比對主星序嘅冚嘭唥恆星,包括太陽。紅矮星係晚期 K 或 M 光譜類型。佢哋尺碼細,細到人類響地球上唔用儀器睇唔倒。個別睇得倒嘅紅矮星,好似最近太陽嘅比鄰星,重有最近嘅單獨紅矮星巴納星,都係視覺星等範圍之外。

研究[編輯]

潮汐鎖定[編輯]

一直以嚟天文學家都認為紅矮星冇能力支撐潛在生命需要嘅條件。佢哋咁細嘅尺碼(0.1到0.6個太陽咁大)話畀人知,佢哋內部嘅核反應好慢好慢;佢哋輻射嘅光好少好少(0.01個皮申到3個皮申嘅太陽輻射)。繞行紅矮星嘅行星要同佢繞行嘅紅矮星好近先至會有好似地球噉嘅溫度條件。好似Lacaille 8760呢隻紅矮星,呢個距離會係0.3個天文單位(細過太陽到水星嘅距離);而好似Proxima Centauri呢隻紅矮星,呢個距離就會細到0.032個天文單位[1](噉樣嘅情形,一年嘅長度會得返6.3日)。咁近嘅距離,紅矮星嘅重力會引發潮汐鎖定效應。日頭嗰一面會永遠對著紅矮星,而晚黑嗰一面會永遠見唔倒陽光。個行星就要有足夠厚嘅大氣層,用大氣對流嚟傳播日頭嗰一面嘅熱量去晚黑嗰一面,潛在生命先至能夠避免熱到地獄噉或凍到極點嘅噉嘅極端環境。不過咁厚嘅大氣層又可能會吸收晒或反射晒啲陽光,令到陽光冇辦法到達地面。係噉嘅話光合作用就好有問題。

恆星尺碼同溫度嘅比對。繞行紅矮星嘅行星要同佢繞行嘅紅矮星好近先至會有好似地球噉嘅溫度條件。咁近嘅距離會令到佢哋畀潮汐力鎖定

研究結果回駁咗呢挺悲觀嘅睇法。響加州美國國家航天局阿美司研究中心嘅嘅鑼拔·哈啤理同馬內·左司嘅研究結果顯示,行星嘅大氣層(假設佢有二氧化碳水蒸氣呢啲溫室氣體)氣壓有100毫巴,或者地球大氣嘅10個皮申,就可以有效噉傳日頭嗰一面嘅熱量去晚黑嗰一面。[2] 噉樣嘅大氣完全喺光合作用要求嘅範圍之內,雖然佢哋嘅一啲模型顯示響晚黑嗰一面水重會雪成冰。格林威治公開學院嘅馬丁·希士亦都話,如果大海洋盆夠深,海水可以有效噉環流,穿越晚黑面冰蓋嘅底部,帶埋日頭面嘅熱量過去。地熱亦都會加熱深部嘅海水令佢哋保持液態。更深入嘅研究,包括光合作用嘅光輻射劑量研究,表明潮汐鎖定嘅紅矮星行星至少可以滿足高等植物生存。[3]

光合作用[編輯]

紅矮星嘅尺碼唔係唯一限制潛在生命響紅矮星行星上便生存嘅因素。響紅矮星行星永遠晚黑嘅嗰一面,光合作用冇可能發生,因為嗰度永遠都見唔倒陽光。響日頭個一面,「太陽」永遠唔喐,山影地區亦都永遠冇陽光照射。光合作用會好複雜,因為大部分紅矮星能量輻射都響紅外波段(喺地球光合作用依賴可見光)。紅矮星光子平均能量低,佢嘅行星上邊嘅光合作用需要4個光子先至分解到一個水分子。喺地球上兩個就足夠[4]。植物要適應好闊嘅光譜範圍嚟吸收獲取足夠嘅能量。噉樣好可能會令到紅矮星行星上邊嘅植物葉睇落去冚嘭唥係黑色嘅[4]

變光性[編輯]

蠍虎座EV星嘅猛烈日冕物質拋射。蠍虎座EV星係一個細過太陽好多嘅恆星。佢嘅日冕物質拋射猛烈過太陽好多。

紅矮星變光性強烈過啲大嘅恆星好多。佢哋嘅表面經常有黑子遮蓋。大嘅黑子一次出現會令到紅矮星嘅輻射減少到正常輻射嘅60個皮申,幾個月咁耐。喺地球,生物用冬眠或者同時潛入深海嘅方法嚟適應冬天幾個月時間嘅溫度降低,呢挺溫度降低同紅矮星黑子導致佢行星嘅溫度降低比較差好遠。重有更嚴重嘅事情發生。紅矮星黑子導致行星溫度大幅降低,海洋可能會結冰。黑子過去紅矮星恢復正常輻射水平以後,結咗冰嘅行星反照率變大,反射晒大部分光照,就好似地球冰期效應一樣,可能會令冰凍持續幾百萬年。

有啲時候紅矮星會出現猛烈嘅耀斑,輻射響幾分鐘之內剎時間增強到正常輻射嘅兩倍[5]。噉樣嘅變光可以破壞所有可以形成生物前體嘅有機分子,對生命形成有好大嘅破壞作用。耀斑爆發吹出嘅「太陽風」亦都會吹走一部分行星嘅大氣。為咗保護繞行紅矮星嘅行星上便嘅生命唔畀耀斑輻射同「太陽風」傷害,行星要有快速旋轉嘅磁場至得。但係畀紅矮星潮汐鎖定嘅行星自轉好慢,佢嘅內核冇可能形成「地質發動機」嚟到產生足夠強嘅磁場。

有啲科學家唔同意上便呢啲睇法。

  • 「響可住性方面冇人發現認有可精彩到畀人中斷嘅表演」,加州大學Berkeley分校嘅傑布·巴司理話。好多人擔心一樣嘢,就係M光譜嘅紅矮星經常出現耀斑。耀斑爆發會推出好多高速運動嘅高能粒子,吹走晒任何臨近行星嘅大氣層。個行星有磁場嘅話,就可以令到高能粒子偏離大氣層。個潮汐鎖定咗嘅行星繞紅矮星公轉一圈,佢自己就自轉一圈,噉就足夠產生磁場,只要佢內部重保持融化狀態。[1]

不過,響紅矮星生命周期入便,猛烈嘅耀斑爆發只會大概喺佢存在嘅前12億年裡便先至有。個行星形成喺足夠遠嘅地方避免潮汐鎖定,然之後喺紅矮星嘅耀斑猛烈爆發期過後進入紅矮星嘅可住帶,噉生命有機會產生[6]。生命可以潛喺水底嚟保護自己避免畀輻射傷害,直到紅矮星過咗佢早期嘅耀斑猛烈爆發期。安靜嘅紅矮星輻射嘅紫外線好少,生命登陸之後,唔使臭氧層保護[4]

第啲科學家唔同意紅矮星可以支撐生命嘅睇法,認為好似地球咁適合生命嘅行星極少。潮汐鎖定會導致行星磁場相對較弱。活動嘅紅矮星爆發嘅日冕物質拋射會猛烈向背「日」面吹曲行星磁場,拋射物質可能直接接觸到行星大氣層。噉樣嘅情況會令到行星大氣經常擾動,好有可能會令成個行星環境變到唔適宜居住[7]

數目多[編輯]

比對第啲恆星,呢一點係紅矮星成為潛在生命居所嘅主要有利因素:佢哋存在周期特別長。地球存在至少45億年之後,先至出現人類;出現合適嘅條件令到生命大爆發係最近5億年嘅事情[8]。而紅矮星嘅存在周期可以長到万億年,因為佢哋嘅核反應較大嘅恆星慢好多好多,噉樣生命就有長得多嘅時間嚟發展進化同生存。仲有,要響特定紅矮星嘅可居住帶搵到行星嘅概率好細,但係所有紅矮星嘅可居住帶加埋,就同響類似太陽嘅行星可居住帶搵到行星嘅概率相當[9]。第一個搵到嘅可能係岩石質「超地球」質量級嘅太陽系外行星位於佢繞行嘅恆星「溫暖」嘅可居住帶入便,而佢繞行嘅恆星,Gliese 581,就係一個紅矮星。

睇吓[編輯]

引用同註解[編輯]

  1. Habitable zones of stars. NASA Specialized Center of Research and Training in Exobiology. University of Southern California, San Diego. . 喺2007-05-11搵到;. 
  2. Joshi, M. M.; Haberle, R. M.; Reynolds, R. T. Simulations of the Atmospheres of Synchronously Rotating Terrestrial Planets Orbiting M Dwarfs: Conditions for Atmospheric Collapse and the Implications for Habitability. Icarus. 1997.October, 129 (2): 450–465. 喺2007-08-11搵到;. doi:10.1006/icar.1997.5793. 
  3. Heath, Martin J.; Doyle, Laurance R.; Joshi, Manoj M.; Haberle, Robert M. Habitability of Planets Around Red Dwarf Stars (PDF). Origins of Life and Evolution of the Biosphere. 1999, 29 (4): 405–424. 喺2007-08-11搵到;. doi:10.1023/A:1006596718708. 
  4. 4.0 4.1 4.2 Nancy Y. Kiang. The color of plants on other worlds. Scientific American. April, 2008. 喺2008-06-27搵到;. 
  5. Croswell, Ken. Red, willing and able (Full reprint). New Scientist. 27 January 2001. 喺2007-08-05搵到;. 
  6. Cain, Fraser; and Gay, Pamela. AstronomyCast episode 40: American Astronomical Society Meeting, May 2007. Universe Today. 2007. 喺2007-06-17搵到;. 
  7. Khodachenko, Maxim L.; et al. Coronal Mass Ejection (CME) Activity of Low Mass M Stars as An Important Factor for The Habitability of Terrestrial Exoplanets. I. CME Impact on Expected Magnetospheres of Earth-Like Exoplanets in Close-In Habitable Zones. Astrobiology. 2007, 7 (1): 167–184. doi:10.1089/ast.2006.0127. 
  8. Template:Cite press release
  9. M Dwarfs: The Search for Life is On, Interview with Todd Henry. Astrobiology Magazine. August 29, 2005. 喺2007-08-05搵到;. .

http://arxiv.org/abs/astro-ph/0612726