原標題：“宜居恆星”是尋找生命的最佳地點

Credit:NASA

天文學家一般在恆星的“宜居帶”，也被稱爲“金鳳花區域”（Goldilocks zone）內的行星上尋找地外生命。“宜居帶”指一顆恆星周圍的一定距離範圍，在這一範圍內溫度適宜使水能夠以液態形式存在於行星表面，從而可以孕育生命。

經過三十年的恆星調查，一個新興的觀點認爲：存在“金鳳花恆星”（Goldilocks stars”），其行星環境既不太熱也不太冷，最重要的是，能夠支持生命存在。

太陽滋養了地球上的生命已近40億年，因此傳統觀點認爲，像太行這樣的恆星是尋找其他潛在宜居星球的主要候選者。實際上，那些溫度和亮度比太陽稍低的K型矮星纔是真正的“宜居恆星”。賓夕法尼亞州維拉諾瓦大學的愛德華•吉南（Edward Guinan）表示：“K型矮星處於’最佳位置’，其特性介於更稀有、更明亮、壽命更短的太陽型恆星（G型星）和數量更多的紅矮星（M型星）之間。K型恆星，尤其是其中溫度較高的那些恆星，擁有最好的恆星環境。如果你在尋找宜居行星，那麼大量K恆型星則提高了你找到生命的機率。”

這幅信息圖比較了銀河系中三類恆星的特徵： 類日恆星被歸類爲G型恆星； 質量比太陽小、溫度比太陽低的恆星是K型矮星； 更暗淡、表面溫度更低的恆星是顏色偏紅的M型矮星。 這張圖表根據幾個重要的變量對這些恆星進行了比較。 對於溫度更高的恆星來說，其宜居帶更寬，更有可能有存在生命的行星。 M型紅矮星的壽命可以超過1000億年，K型矮星的壽命從150億年到450億年不等，而太陽只能持續100億年。 M型恆星發出的有害輻射（對我們所知的生命而言）是太陽輻射的80到500倍，而橙色K型矮星輻射則僅是太陽輻射的5到25倍。 紅矮星佔銀河系恆星數量的大部分，約73%。 類日恆星僅佔6%，K型矮星約佔13%。 當這四個變量得以平衡，最適合孕育高級生命的恆星是K型矮星。

版權： NASA, 歐洲航天局（ESA）和Z. Levy （太空望遠鏡科學研究所，STScI)

首先，銀河系中K型矮星的數量是類日恆星的三倍。距太陽100光年的範圍內大約有1000顆K型恆星，是主要的探索對象。這些“橙色矮星”的壽命從150億年到450億年不等。相比之下，太陽只持續100億年，而現在已經走過了其壽命的一半。以其相對較快的恆星演化速度，再過10億或20億年，地球基本將無法居住。Guinan 表示：“類日恆星限制了行星大氣的穩定狀態能夠保持多久。”這是因爲大約10億年後，地球將在太陽宜居帶的熱（內）邊緣內運行，隨着太陽變得越來越熱、越來越亮，宜居帶就會逐漸向外移動。最終，隨着現有大氣和海洋的失去，地球將變得乾燥。到90億年的時候，太陽將膨脹成一顆可以吞噬掉地球的紅巨星。

紅矮星（也被稱爲M型矮星）儘管體積較小、數量更多，其壽命也更長，而且據我們所知，似乎不適宜生命存在。紅矮星的宜居帶相對狹窄，位於其宜居帶內的行星距離恆星非常近，暴露在極端水平的X射線和紫外線輻射下，其輻射強度可能是地球受到的太陽輻射的成千上萬倍。持續不斷的耀斑和日冕物質拋射使大量等離子體和高能粒子不斷轟擊其行星。這樣一來，紅矮星“宜居帶”內的行星會被“烤乾”，在它們生命早期就失去大氣層。這可能會阻止這些行星在紅矮星爆發減弱幾十億年後進化成更適宜居住的星球。Guinan表示：“我們對在諸多M型恆星周圍發現高級生命的機會不再那麼樂觀了。”

根據Guinan的研究，K型矮星並沒有劇烈活躍的磁場來驅動強X射線和紫外線輻射以及能量爆發，因此它們發射耀斑的頻率要低得多。伴星所受到的致命X射線輻射大約是那些圍繞磁性活躍的M型恆星運行的“宜居帶”內的行星的1/100。

在一個名爲“GoldiloKs”的項目中，Guinan和他在維拉諾瓦大學的同事斯科特•恩格爾（Scott Engle）正在與本科生一起對一些溫度較低的G型恆星和K型恆星進行抽樣，測量其年齡、自轉速度、X射線和遠紫外線輻射強度。他們使用美國國家航空航天局（NASA）的哈勃太空望遠鏡、錢德拉X射線天文臺和歐洲航天局（ESA）的XMM-牛頓衛星進行觀測。哈勃望遠鏡對紫外線的敏感性使其被用來評估來自大約20個橙矮星樣本的輻射。Guinan表示：“哈勃望遠鏡是目前唯一能進行這種觀測的望遠鏡。”

Guinan和Engle發現，與紅矮星周圍的行星相比，橙矮星周圍的行星的輻射水平要溫和得多。K型恆星的壽命也更長，從而使宜居帶的遷移速度也更慢。因此，K型矮星似乎是尋找生命的理想場所，而這些恆星將爲高級生命在行星上演化發展提供時間。在太陽的整個生命週期（100億年）中，K型恆星的亮度只增加了約10-15%，這使得其生物進化歷程比在地球上進化出高級生命形式的時間要長得多。

Guinan和Engle對一些更感興趣的K型恆星進行了觀測，包括開普勒-442、鯨魚座的天侖五（Tau Ceti）和波江座的天苑四（Epsilon Eridani）。（後兩顆恆星是20世紀50年代末“奧茲瑪計劃”的早期探索目標，奧茲瑪計劃首次嘗試探測來自外星文明的無線電信號。）

Guinan表示：值得注意的是，開普勒-442（光譜分類，K5）有被認爲是最好的適居行星之一的Kepler-442b，這是一顆岩石行星，質量是地球的兩倍多一點。因此，開普勒-442星系存在一顆宜居恆星和一顆宜居行星！”

在過去的30年裏，Guinan、Engle和他們的學生觀測到了各種恆星類型。根據他們的研究，研究人員確定了恆星年齡、自轉速度、X射線-紫外線輻射和耀斑活動之間的關係。這些數據已被用來研究高能輻射對行星大氣和潛在生命的影響。

相關結果於2020年1月6日在美國夏威夷檀香山舉行的第235屆美國天文學會年會上進行了公佈。

哈勃太空望遠鏡是NASA和ESA之間的國際合作項目。NASA位於馬里蘭州格林貝爾特的戈達德太空飛行中心負責管理這架望遠鏡。位於巴爾的摩的太空望遠鏡科學研究所（STScI）負責哈勃的科學運營。STScI由位於華盛頓特區的天文學研究大學協會爲NASA運營。

來源：

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/goldilocks-stars-are-best-places-to-look-for-life/