想去红矮星的行星宜居带？先准备好遮阳伞吧周一·最新发现

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小质量恒星目前是我们寻找潜在的宜居行星的重点，但是一项新的研究发现，有些小质量恒星在他们的一生中会发射出大量的紫外线辐射——这种辐射对于行星上潜在的生命发展来说，是非常不利的。

在M型矮星上寻找宜居行星

M型矮星是一种比我们的太阳温度更低、质量更小的恒星，同时它们是银河系中最常见的恒星，也就是说了解这种恒星对它行星系统中行星们的影响将会对我们有很大的帮助。在宜居带（也就是行星距其恒星的距离能使得液态水在行星上存在）探测岩质行星的过程中，通过凌星法寻找像太阳的恒星的行星是很困难的。这个问题一部分是因为，当凌星时，我们只能观测到恒星亮度有非常微小的下降；同时也是因为这些行星的轨道周期都很长，所以我们要等上好几年才能观测到多次凌星。但是，因为M型矮星更冷更小，它的宜居带要更靠近恒星，所以在观测凌星时我们能看到更强烈的亮度变化，从而使这些宜居带上的行星更容易被发现。

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艺术家绘制的太阳系与M型矮星系统的比较的想象图

图片来源：NASA/JPL-Caltech/T.Pyle (SSC)

这样就使得M型矮星成为寻找宜居行星的理想候选人——我们曾把目光聚焦在像半人马座a星、TRAPPIST-1、以及Ross 128这样的M型矮星的宜居带上，寻找宜居行星。

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TRAPPIST-1和比邻星和木星大小的比较

图片来源：Quora

那么问题来了：M型矮星的宜居带靠谱吗

我们今天要介绍的这项新的研究对曾经基于M型矮星宜居带的假说提出了质疑。这项研究的论文近日发表在《天文学期刊》上。论文用到了NASA的星系演化探测器（Galaxy Evolution Explorer，GALEX）收集到的数据，研究了一些M型矮星发出的紫外线。这项研究发现，温度最高质量最大的M型矮星，也就是所谓的“早型星”，一生中放出的UV辐射要与质量更小温度更低的“中型星”和“晚型星”有所不同。

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艺术家绘制红矮星照耀它的行星时的想象图

图片来源：G. Bacon (STScI)/NASA/ESA

M型矮星要比类太阳恒星发射出更多的对生命有潜在威胁的紫外线。紫外线辐射会破坏行星大气，从而对行星上的生物产生致命威胁。同时，它还会减少行星大气中气体分子的丰富程度，包括二氧化碳、氧气、以及臭氧：紫外线辐射会破坏这些气体分子的分子结构，使二氧化碳分子分解成原始的原子结构，同时分解出来的氧原子还会和氧气结合生成臭氧分子。臭氧相比氧气会更容易被探测到，而且它通常被认为是一种可能由生命产生的物质——过多的紫外线辐射会导致过量的臭氧产生，从而导致我们错误地认为那些臭氧是由行星上的生命产生的。因此，理解M型矮星发射紫外线辐射的强度对于我们分析那些M型矮星的宜居带行星大气的观测结果来说是非常重要的。

在一个时变M型矮星活动以及其宜居带的项目（Habitable Zones and M-dwarf Activity across Time，HAZMAT）中，研究人员们用GALEX观测了大量已知年龄在一千万年至五十亿年之间的M型矮星，目的是想要利用对紫外辐射的观测研究低质量恒星的宜居度是怎样随时间变化的。

他们得出的结果表明，比起紫外线辐射程度降低很快的早型的M型矮星来说，质量较小的中型星或晚型星拥有着高活跃程度的紫外线辐射，并且随时间减小的很少。

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即使一颗行星可能处在红矮星的宜居带内，使得液态水存在于它的表面，然而由于受到大量的紫外线辐射，行星大气的化学成分很可能受到影响

图片来源：M. Weiss/CfA

在不同的早型M型矮星中，紫外线辐射是各不相同的，但是在晚型星中就没有这样的现象。这可能是由于恒星自转的影响。质量最小的早型星内部物质是完全对流的，也就是说恒星内部物质会循着特定的流向在整个恒星内部循环。质量稍大一些的恒星会分成不同的区域，分化出一个辐射层使能量以辐射的方式散播出去。恒星在最开始的阶段旋转非常迅速，之后由于恒星风的影响使其角动量减小旋转速度也逐渐慢下来。由于恒星风的影响并不能有效地作用在完全对流的恒星上，所以我们预测晚型星相比早型星来说会持续快速的旋转更长的时间。恒星的旋转速度和恒星的活动性有着直接的关联，所以这也就解释了为什么质量更小的恒星能保持更长的活跃时间。

研究的结论说明了，低质量的M型矮星会发出更持久的紫外线辐射，也就是说这种恒星系统中行星拥有生命的可能性就被排除了，包括TRAPPIST-1以及比邻星的行星们。

是否宜居，可以就这样下定论吗？

如果大量的紫外线辐射对行星产生生命是非常不利的，那么早型的M型矮星将成为研究人员寻找的目标。而事情远没有那么简单：如果我们只看这项研究的结果，像TRAPPIST-1和比邻星这样的恒星周围很可能并没有宜居的行星，因为它们旷日持久的高强度紫外线辐射；但是，宜居性这一问题是非常复杂的，要确定一个行星是否宜居，在紫外线辐射强度之外还有很多其它因素要考虑进来。

同时，另一项由Sukrit Ranjan领导在哈佛大学展开的研究表明，低质量恒星周围的行星由于紫外线的强度不够，甚至都不能使前生命化学展开反应。因此，对于持续的紫外线辐射对生命演化究竟是好还是坏，还并不能下一个准确的定论。

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三种恒星宜居带的比较

图片来源：NASA

Reference：

https://www.space.com/40605-ultraviolet-radiation-low-mass-stars-uninhabitable.html

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编译：王晴

排版：王晴

校对：刘滨阳

牧夫新媒体编辑部

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图片来源：by Karl Tate, Infographics Artist

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