“金发姑娘”帮我们找到宜居世界

  翻译:汪荣鑫

  校译:陈艳玲 华子乾 陆寅枫 田程偲

  编排:胡暖暖

  https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/k-star-advantage

  “金髮姑娘”幫我們找到宜居世界

  寻找太阳系外生命的科学家面临着重大挑战,其中之一就是我们银河系中有数千亿颗恒星需要考虑。为了缩小搜索范围,他们必须弄清楚:什么样的恒星周围最有可能存在宜居行星?

  一项新的研究发现,K型星比太阳更暗,但比M型星稍亮,是一类特别有可能存在生命迹象的恒星。科学家把这种恒星叫做“金发姑娘”恒星(“Goldilocks” Stars):这是儿童故事“金发姑娘和三只熊”的隐喻,其中一个小女孩从三只熊中选择,忽略那些太极端的(大或小,热或冷)并选择中间的那个。

  “金髮姑娘”幫我們找到宜居世界

  在K型星的宜居带运行的行星(概念图)

  Credit: ASA Ames / JPL-Caltech / Tim Pyle

  为什么要选择中间类型的恒星?首先,K型星的寿命很长——170亿到700亿年,相比之下,太阳的100亿年已经为生命提供了充足的时间来进化。此外,K星在它们年轻时的极端恒星活动比宇宙中最暗的恒星(M型星或“红矮星”)更少。

  最暗的M型星确实有一些优势:它们是银河系中最常见的恒星类型,约占宇宙中所有恒星的75%;它们的寿命更长,可以燃烧超过一万亿年。但M型星过于活跃的“青春期”带来了其他问题,例如它们的耀斑爆发更加频繁,可能对行星上得生命产生不良影响。

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  TRAPPIST-1是一颗典型的M星,这是它的恒星系统的示意图。

  Credit:NASA / JPL-Caltech

  科学家认为,行星大气中同时存在的氧气和甲烷是一种明显的生物印记,如果发现它们在存在于某个星球的大气层中,这意味着有什么东西在产生甲烷和氧气,很有可能是生命。然而,这两种气体会相互反应,在偏远的系外行星,其大气层需要含有大量的氧气和甲烷才能被地球的天文台观测到。

  NASA戈达德飞行中心Arney的分析发现,氧气-甲烷生物印记在K型星周围可能比在类太阳恒星周围更强。她使用计算机模型模拟了行星大气的化学组成和温度,以及大气如何受到不同的主星的影响。当把行星放在K型星周围时,氧气不会迅速破坏甲烷,因此更多的甲烷会在大气中积聚。Arney说:“这是因为K型星的紫外线不会产生能迅速破坏甲烷的高活性氧气,而我们的太阳会。”对M型星周围的行星也模拟出了这种更强的氧气-甲烷印记,但它们剧烈的恒星活动会破坏宜居行星的形成。

  此外,因为K型星亮度低,使得周围的系外行星更容易看到。太阳比它周围的类地行星亮100亿倍,因此观测时需要消除很多光,而K型星可能只比其周围的类地行星亮10亿倍。

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  NASA的开普勒望远镜是寻找系外行星的主力。

  Credit:NASA/Ames Research Center/Wendy Stenzel

  Arney的研究还包括讨论哪些附近的K型星可能是未来观测的最佳目标。由于K型星距离我们很远,我们无法前往它们周围的行星,因此我们只能分析来自这些行星的光线以寻找可能存在生命的信号。因为不同的化合物会发出并吸收不同颜色的光,通过将这种光分离成光谱,科学家可以识别行星大气的成分。

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