M型紅矮星系行星

M型紅矮星系行星

M型紅矮星(M dwarf)周圍可能是太陽系外最適宜生命存活的地方了。M型紅矮星的質量和光度一般只有太陽的幾分之一,數量卻是與太陽類似的恆星的10倍以上。就像露營者喜歡圍繞著火堆一樣,行星要想獲得適宜生命存活的溫度,軌道必須離M型紅矮星很近。由於這個特點,研究人員相對比較容易找到滿足要求的行星。而由於M型紅矮星數量眾多,我們周圍可供研究的對象也很充足。

生命溫床,理由,

生命溫床

越來越多的天文學家正加入到相關的探索中來。目前,已有多個獨立項目正在監測太陽系周邊的M型紅矮星,大量望遠鏡和人造衛星都試圖找到圍繞這些M型紅矮星旋轉的行星。此外,NASA預計於2017年發射的“系外行星凌星觀測衛星”(Transiting Exoplanet Survey Satellite,TESS)也將參與到探索中來。通過這些努力,人類肯定會在不久的未來發現可能適宜生命存活的M型紅矮星的行星。我們最終能否證明這些行星真的適宜生命存活呢?前景似乎並不明朗。雖然行星與M型紅矮星的距離近,有利於我們找到它們,但靠得太近也可能不利於生命的生存。

理由

晃動與潮汐力
由於行星的引力拖曳,恆星會周期性地來回晃動,有一些行星就是天文學家通過這個特徵發現的。M型紅矮星的這種晃動相當明顯:位於宜居帶內的一顆地球大小的行星,就能使紅矮星產生可觀測到的每秒移動數米的晃動;並且這種晃動再次出現的間隔僅為數月,有時甚至短至數周。而相比之下,太陽的這種晃動不僅頻率低得多,而且幅度也小到難以辨認。那為什麼說,這些行星不適宜生命存活呢?由於宜居行星離M型紅矮星較近,潮汐力很可能會減慢行星的自轉速度,使得行星的自轉周期和公轉周期相同。這樣,行星的一個半球總是面朝恆星,而另一個半球卻總是背對恆星,就像月球和地球那樣。在最糟糕的情形下,背對恆星的半球溫度極低,整顆行星的空氣和水都凝結成固態,形成覆蓋行星表面的冰蓋。如此一來,生命就無法存活了。
暗影與狂暴的炫光
我們也可以通過觀察行星遮擋它們的恆星時發生的凌星現象,來定位此類行星。由於行星與M型紅矮星的距離很近,因此與較大的恆星相比,M型紅矮星發生凌星時,被遮擋的光線更多,也更易觀測到。然而由於M型紅矮星遠比太陽這樣的恆星黯淡,恆星黑子和耀斑會使它的亮度發生劇烈波動,並讓繞其旋轉的行星處於一個充斥著X射線和紫外輻射的環境中。這類變幻無常的輻射對行星的氣候和生物圈來說,無疑是一場浩劫。而且,和狂暴的M型紅矮星貼得這么近,行星的大氣也會被劇烈的耀斑活動侵蝕掉。
長壽與漫長的“童年期”
宇宙中的M型紅矮星如此之多,是因為它們的壽命遠比其他恆星長。M型紅矮星比一般的恆星小,進行核聚變時更緩慢、更節儉,因此壽命也更長,這也使得M型紅矮星數量一直呈現增長的趨勢。不過,由於質量小、引力弱,長壽的M型紅矮星在最初形成時,也必須經歷一個漫長的過程。從氣體星雲的坍縮開始,M型紅矮星要經歷數億年的原恆星時期。而繞其旋轉的行星,很可能是在原恆星時期,歷經千萬年形成的。這段時間恰恰是恆星十分熾熱的時期,很可能在M型紅矮星完全形成之前,原恆星的光和熱早已將行星烤焦。而對於一個沒有“生命之水”的星球,生命的存在只能是一種侈談。

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