較大的紅矮星的宜居帶,其相關條件環境是否比太陽系的宜居帶更好、更穩定?

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紅矮星是一類質量最小的恆星,即便最重的紅矮星,其質量也只有太陽的一半。對於質量越小的恆星,其核聚變反應速率越慢,所以壽命也更長。紅矮星的最大特點是能夠存在極長的時間,最少也有幾百億年。由於紅矮星能夠長期處於主序階段,似乎這使得它周圍的宜居帶可以長期保持穩定,所以也更有可能讓位於宜居帶中的行星上孕育出生命。

然而,除了具有很長的壽命之外,紅矮星的其他方面其實並不利於生命的演化。首先,紅矮星質量較小,核聚變反應不劇烈,使其表明溫度較低,一般都會比太陽更低一千度以上。這意味著只有在足夠靠近紅矮星的地方,行星上的溫度才能達到適合液態水存在的地步。據估計,紅矮星的宜居帶比太陽系的宜居帶近了至少10倍。在如此近的距離下,經過長期的潮汐作用之後,宜居帶中的行星將會被潮汐鎖定,導致一半的星球始終是白晝,另一半的星球始終是黑夜。在這種情況下,可能只有白晝和黑夜交界處的一小部分區域內才有適合的溫度。

另一方面,紅矮星往往具有很強的活動性,它們所產生的耀斑和恆星風要比太陽強得多。由於宜居帶中的行星靠近紅矮星,這會導致這些行星會不斷遭受強烈的電磁輻射,從而使它們的宜居性存在很大的問題。不久前,天文學家觀測到比鄰星能夠產生超強耀斑,這很可能會導致周圍的行星變得不宜居。

事實上,質量大於紅矮星,但又比像太陽這樣的黃矮星更小的橙矮星,可能擁有比太陽系更好的宜居帶。因為這種恆星的壽命很長,活動性較弱,並且宜居帶距離它們較遠,這些因素是周圍行星上孕育出生命的基礎。


火星一號

紅矮星是數量最多的恆星,它們的質量都很小,通常都比太陽的質量小得多,最大的也不過太陽質量的一半,也是由於它們的質量都很小,所以內部聚變反應不劇烈,這也導致紅矮星的表面溫度很低,通常在2000到5000攝氏度之間,也由於其表面溫度太低,所以紅矮星的光亮不是很亮,我們的地球上不用望遠鏡的話,看不到任何一個紅矮星,即便是距離我們最近的恆星比鄰星,它也是一個紅矮星,只有4.22光年的距離,然而我們卻看不到它。

對行星生命形成來說,紅矮星有利的一個條件是它的壽命很長,可以給生命演變以足夠的時間,但是也由於紅外線的熱量輻射少,光照不強,所以紅矮星的宜居帶要比太陽這樣的黃黃矮星距離主序星近得多,據說距離只有太陽宜居帶的1/10左右,並且範圍也比太陽的宜居帶要窄,這樣的位置其實不利於恆星的自轉,因為他們距離主序星太近,很容易被潮汐鎖定,這樣的話就只能用一面向著紅矮星,也就不會像地球這樣有自轉,可以全球都適合生命生存了。被潮汐鎖定的行星將會出現一面黑夜一面白天,也只有在白天和黑夜交界的地方,才可能出現良好的生態環境,適合生命生存繁衍。



還有不利的一點是紅矮星的恆星風非常強烈,這是因為紅矮星由於內部核聚變活動比較小,所以它的表面就比較冷,導致表面活動性不強,這樣一來,它內部的核聚變產生的熱量就不容易到達表面,必須找到突破口才能噴發出去,這樣紅矮星的耀斑,發出的恆星風就會像火山噴發一樣強勁,而紅矮星的宜居帶又非常近,宜居帶中的行星遭受到這樣強烈的恆星風,即便行星與地球這樣的磁場,其生態環境也容易遭受毀滅性打擊,所以即便有生物也很容易被滅絕。

不過有的紅矮星會有恆星活動趨向於溫和的階段,這樣的階段是有利於宜居帶中行星上的生命形成的。

另外我們也不能只以地球生命標準去衡量其他行星上的生命標準,也許紅矮星的行星上的生命體不怕電磁輻射和紫外線照射呢?!


科普大世界

先說一下什麼是宜居帶?

宜居帶是一個適宜於生命繁衍的地帶。有兩個層次的定義:

一是指大星系中能產生生命的地帶,這個地帶不能太靠近星系的中心,因為星系中心的天體太過密集,超新星爆炸、彗星撞擊、黑洞等都會對生命產生造成災難性影響。也不能離星系中心太遠,這裡缺乏組成岩石行星的重元素。

二是指恆星系中適宜產生生命的地帶。不能離恆星太近,這裡光照強度太大,也不能太遠。太陽系的宜居帶在0.725至3.0天文單位之間(這個說法爭議很大,更狹義的為0.99至1.70個天文單位)。當然,在這個宜居帶中的行星必須是岩石行星、有合適的大氣層、液態水等,非常的苛刻。當然如果要產生智慧生命,這個條件會更加苛刻……


深綠色代表狹義的宜居帶,淺綠色代表廣義的宜居帶,紅色直線一格表示一個天文單位。

什麼是紅矮星?

紅矮星的大小約為太陽質量的三分之一,由於其質量較低,所以其內部的核聚變反應效率也低。其壽命也長得嚇人,長達數千億年。太陽的壽命大約100億年,宇宙到目前也才138億歲。所以,現在的紅矮星都在它的幼兒期。它在生命的末期也不會膨脹成一個紅巨星,而是慢慢的燃燒完氫元素。

紅矮星數量大約佔恆星的73%。離太陽最近的65顆恆星中有50顆是紅矮星。


各種質量恆星系的宜居帶對比

由於紅矮星的核聚變反應慢,其光照強度也非常低,最低大約為太陽的萬分之一。所以它的宜居帶必須更加靠近恆星。

綜上所述,宜居帶只與光照強度有關係,紅矮星的宜居帶比較靠近恆星。由於紅矮星的生命週期非常長,它的宜居帶可以存在上千億年,較之太陽系應該是更加穩定。


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