M 矮星可能是最佳——或最差——的地外家园

对于地球以外的生命来说,这些恒星可能是祝福也可能是诅咒

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在寻找太阳系以外宜居世界的过程中,最大、最热门的机会可能出现在最小、最冷的恒星周围。这些恒星被称为 M 矮星,质量和亮度仅为太阳的一小部分,但数量却是太阳的 10 倍以上。环绕 M 矮星运行的行星必须非常靠近恒星,才能足够温暖以支持生命,就像露营者挤在小火堆旁一样。这种近距离使得行星搜寻者相对容易找到它们,而 M 矮星的普遍性意味着附近有很多值得研究的行星。

天文学家现在正积极准备进行这样的探索。多个独立项目已经在监测附近的 M 矮星,并且正在开发大量新的望远镜和卫星来发现环绕它们运行的行星,包括美国国家航空航天局的凌星系外行星巡天卫星(计划于 2017 年发射)。这些努力使得即将发现潜在的宜居 M 矮星行星几乎成为必然。然而,所有这些天体是否真的能被证明是宜居的,还远不清楚:使有希望的 M 矮星行星如此容易被发现的阳光特性,也可能排除这些世界存在生命的可能性。

M 矮星行星易于发现但难以支持生命的 3 个原因


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摆动和潮汐 天文学家通过寻找摆动的恒星来发现一些行星,这是一种周期性的来回运动,是由看不见的世界的引力牵引引起的。一颗围绕 M 矮星在宜居轨道上运行的地球大小的行星,会以可探测的每秒米的速度改变其在太空中的运动,并且这种摆动每隔几周或几个月就会重复出现——比太阳几乎难以察觉的摆动频繁得多。但是,在如此近的距离下,潮汐力可能会消耗行星自转的能量,导致行星每轨道只自转一次,始终将相同的半球朝向恒星,就像月球对地球一样。在最坏的情况下,这样一颗行星的水和空气可能会冻结并积累在其寒冷的夜晚半球,形成巨大的冰盖,使表面无法居住。

阴影和耀斑 另一种定位行星的方法是寻找凌星世界的阴影,即从地球上看,部分遮蔽其恒星的行星。由于 M 矮星行星的轨道离恒星很近,因此与绕较大恒星运行的行星相比,它们会阻挡更大比例的星光,从而使其阴影更容易被看到。然而,对于潜在的生命来说,这有一个缺点。M 矮星的亮度远低于类太阳恒星,并且变动性更大,由于星斑和恒星耀斑而急剧变暗和变亮,使行星沐浴在 X 射线和紫外线辐射中。这种不可预测的辐射可能会严重破坏气候和生物圈。并且紧挨着动荡不安的 M 矮星,一颗原本宜居的行星可能会因强大的耀斑而导致大气层被侵蚀。

漫长的寿命和动荡的青年期 M 矮星如此众多的一个原因是,它们的寿命比其他恒星更长——它们的数量随着时间的推移而增长,因为它们的小尺寸使它们能够缓慢而有效地燃烧核燃料。但是,这种长寿是在经历动荡的青年期之后才到来的。有点违反直觉的是,由于 M 矮星的体积小,引力较弱,因此它们的形成时间可能比大得多的恒星更长。它们可能花费数亿年的时间作为原恒星,从坍缩的气体云中缓慢形成。然而,行星可能在数千万年内围绕这样的原恒星形成。在所有这段间隔的时间里,这些世界将在原恒星的光和热中煎熬,可能会在 M 矮星完全形成之前就煮掉它们大部分维持生命的水。

大众科学 Magazine Vol 312 Issue 5本文最初以“小个子”为标题发表于《大众科学》杂志 第 312 卷第 5 期(),第 24 页
doi:10.1038/scientificamerican0515-24
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