不同類(lèi)型恒星耀斑威脅程度不同 新的化學(xué)平衡“暗示”生物活動(dòng)

太陽(yáng)是距離地球最近的恒星，我們時(shí)刻需要關(guān)注這個(gè)“鄰居”的脾氣是好是壞，是否會(huì)出現(xiàn)耀斑爆發(fā)等現(xiàn)象，對(duì)日地空間以及地球上的儀器造成干擾。耀斑是恒星的一種劇烈爆發(fā)現(xiàn)象，在短時(shí)間內(nèi)釋放出巨大的能量。劇烈的恒星的耀斑在幾年內(nèi)就可能會(huì)破壞其宜居帶內(nèi)類(lèi)地行星的臭氧層，從而影響行星上生命的誕生。這時(shí)的耀斑是個(gè)“壞孩子”。

但一項(xiàng)來(lái)自美國(guó)西北大學(xué)的研究卻表明，盡管恒星的耀斑猛烈且不可預(yù)測(cè)，但其可能并不會(huì)阻礙生命的誕生。而且，在一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間段上，恒星耀斑會(huì)讓行星的大氣成分達(dá)到一個(gè)新的化學(xué)平衡。這時(shí)，耀斑卻可以激發(fā)宜居帶類(lèi)地行星上的 “生命標(biāo)志”，引導(dǎo)我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)外星生命。

太陽(yáng)耀斑與其他恒星耀斑是否有所不同?恒星耀斑是如何幫助行星大氣達(dá)到新的化學(xué)平衡?它是否真的能夠幫助人們尋找地外生命?

不同類(lèi)型的恒星耀斑威脅程度不同

1859年9月1日，英國(guó)天文學(xué)家卡林頓在對(duì)太陽(yáng)黑子進(jìn)行常規(guī)觀測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在太陽(yáng)黑子群中出現(xiàn)兩個(gè)異常明亮的區(qū)域，其亮度居然超過(guò)了太陽(yáng)光球背景的亮度，這個(gè)現(xiàn)象持續(xù)了5分鐘之久，同時(shí)還伴有強(qiáng)烈的地磁擾動(dòng)，電報(bào)通訊一度中斷，這是人類(lèi)首次觀測(cè)到太陽(yáng)耀斑，而且是耀斑中罕見(jiàn)的活動(dòng)最劇烈的白耀斑。

通常認(rèn)為，太陽(yáng)等恒星大氣中充滿(mǎn)著磁場(chǎng)，磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，越容易儲(chǔ)存更多的磁能。當(dāng)儲(chǔ)存在磁場(chǎng)中的磁能過(guò)多時(shí)，會(huì)通過(guò)太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)釋放能量，太陽(yáng)耀斑即是太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)的形式之一。

恒星耀斑會(huì)破壞其周?chē)行堑某粞鯇印Ｒ坏┬行鞘チ顺粞鯇拥谋Ｗo(hù)，恒星發(fā)出的紫外線可以穿透大氣層，威脅行星上可能存在的生物。那么，為什么太陽(yáng)身邊的地球，卻逃過(guò)了耀斑的“打擊”，演化出了生命呢?“這是因?yàn)橄裉?yáng)這類(lèi)的G型恒星，即便存在頻繁的耀斑現(xiàn)象，對(duì)于周?chē)男行谴髿庥绊戇€是相對(duì)較小。”南京大學(xué)天文與空間學(xué)院副教授張?jiān)A告訴科技日?qǐng)?bào)記者，溫度稍冷的K型恒星和更冷的M型恒星所產(chǎn)生的耀斑，對(duì)它們周?chē)司訋?nèi)的行星的大氣影響則很大。

太陽(yáng)，沒(méi)有年輕恒星那么活躍，耀斑現(xiàn)象并不頻繁。同時(shí)，地球自身也有磁場(chǎng)，能夠偏轉(zhuǎn)具有破壞性的太陽(yáng)風(fēng)。但與太陽(yáng)這類(lèi)G型恒星不同的是，K型和M型恒星有著更頻繁的耀斑活動(dòng)，且由于這些恒星比太陽(yáng)更小，其宜居帶也會(huì)更窄，所以，在K型和M型恒星周?chē)嬖诘臈l件要更加苛刻些。

在此次研究中，研究人員正是利用大氣模型與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合，詳細(xì)研究了G型、K型和M型恒星活動(dòng)隨時(shí)間變化對(duì)其周?chē)鷰r質(zhì)行星的影響。最終發(fā)現(xiàn)，K型和M型恒星頻繁的耀斑活動(dòng)并沒(méi)有完全“扼殺”其周?chē)行堑拇髿猓亲屍溥_(dá)到一個(gè)新的化學(xué)平衡狀態(tài)，從而大大偏離了它們?cè)谑艿揭哂绊懬暗臓顟B(tài)。

這就給生命的誕生留下了“余地”。

新的化學(xué)平衡“暗示”生物活動(dòng)

那么，研究人員所說(shuō)的“新的化學(xué)平衡狀態(tài)”指的是什么?張?jiān)A解釋說(shuō)，K型恒星和M型恒星頻繁的耀斑活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生紫外線和高速電子。假設(shè)它們周?chē)司訋?nèi)的類(lèi)地行星大氣內(nèi)有大量生物活動(dòng)產(chǎn)生的甲烷等分子，這些分子在經(jīng)過(guò)紫外輻射的光致激發(fā)、光解作用后，會(huì)產(chǎn)生二氧化氮、一氧化二氮和硝酸等氣體。同時(shí)，來(lái)自恒星高速電子的沖擊也會(huì)增加各種分子的混合程度。

如K型恒星周?chē)行谴髿鈨?nèi)，新產(chǎn)生的分子會(huì)因?yàn)樾行堑穆傩D(zhuǎn)，轉(zhuǎn)移到行星的晝夜面，并得以保存。在頻繁的耀斑作用下，K型和M型恒星宜居帶內(nèi)的行星大氣的分子成分和分布情況，可以長(zhǎng)時(shí)間保持一個(gè)新的穩(wěn)定狀態(tài)。

正是這種新的化學(xué)平衡狀態(tài)，成為了我們尋找宜居行星的新線索。張?jiān)A表示，一顆行星中如果有大規(guī)模的生物活動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生一些甲烷等生物特征分子，甲烷則會(huì)在耀斑的作用下衍生出二氧化氮、一氧化二氮和硝酸氣體等生物指示分子。如果一顆系外行星大氣中，二氧化氮、一氧化二氮和硝酸等氣體豐度較高，說(shuō)明這顆行星上的可能有生物活動(dòng)。因?yàn)樵谌毖醯沫h(huán)境下，非生物的二氧化氮、一氧化二氮和硝酸氣體豐度都會(huì)很低。

與恒星頻繁耀斑活動(dòng)之前的狀態(tài)相比，在這種新的平衡下，行星大氣中二氧化氮、一氧化二氮和硝酸等氣體分子更加顯著，也更易于觀測(cè)，但即便如此，我們?nèi)匀恍枰软f伯空間望遠(yuǎn)鏡(JWST)還要更強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡，才能看清遙遠(yuǎn)的生物特征信號(hào)。

張?jiān)A認(rèn)為，此次研究影響了我們對(duì)于活躍的K型和M型恒星周?chē)行窍到y(tǒng)宜居性的認(rèn)識(shí)。例如，M型恒星比鄰星(Proxima Centauri)周?chē)囊司訋?nèi)就有類(lèi)地行星Proxima Centauri b，此前人們?cè)^測(cè)到這顆紅矮星有劇烈的耀斑輻射。新理論提高了其周?chē)行巧洗嬖谏目赡苄浴?/p>