耀斑有助發現生命

美國西北大學的一項研究表明，盡管行星主星發出的恒星耀斑猛烈且不可預測，但并不一定會阻止生命的形成，而且可能有助于發現它。這項研究近日發表在《自然—天文學》上。

恒星耀斑是由恒星發出的，是磁成像的突然閃光。在地球上，太陽耀斑有時會破壞衛星和干擾無線電通信。在宇宙的其他地方，強烈的恒星耀斑也有能力消耗和破壞大氣氣體，如臭氧。如果沒有臭氧，有害程度的紫外線輻射可以穿透行星的大氣層，從而減少其表面存在生命的機會。

通過將三維大氣化學和氣候模型與從遙遠恒星觀測到的耀斑數據相結合，西北大學領導的團隊發現，恒星耀斑可能在行星大氣和可居住性的長期演化中扮演重要角色。

“我們比較了常經歷耀斑的行星和沒有經歷耀斑的行星的大氣化學。其長期的大氣化學差異顯著。”該研究第一作者、西北大學的Howard Chen說，“持續的耀斑實際上會使行星的大氣成分達到新的化學平衡。”

“我們發現恒星耀斑可能并不排除生命的存在。”該研究共同作者、西北大學溫伯格藝術與科學學院地球與行星科學助理教授Daniel Horton補充說。“在某些情況下，耀斑不會侵蝕掉全部大氣臭氧。行星表面的生命可能還有存在的機會。”

所有的恒星，包括太陽，都會爆發耀斑，或者隨機釋放儲存的能量。對地球人來說幸運的是，太陽耀斑通常對地球的影響很小。

“我們的太陽更像是一個溫和的巨人。”該研究合作者、科羅拉多大學的天文學家Allison Youngblood說，“它比較老，不像年輕的小恒星那么活躍。地球也有一個強大的磁場，它使太陽的破壞性風偏轉。”

不幸的是，大多數潛在的宜居系外行星就沒有這么幸運了。對于可能孕育生命的行星來說，它們必須離恒星足夠近，這樣它們的水就不會結冰——但又不能太近，讓水會蒸發。

“我們研究了在M和K矮星——宇宙中最常見的恒星——的宜居帶內運行的行星。”Horton說，“這些恒星周圍的宜居帶更窄，因為這些恒星比我們的太陽等恒星更小，也更弱。另一方面，M和K矮星被認為比我們的太陽有更頻繁的耀斑活動，它們潮汐鎖定的行星不太可能有磁場幫助改變恒星風。”

Chen和Horton之前對M矮星系統的長期氣候平均值進行了研究。然而，耀斑發生的時間跨度為一小時或幾天。雖然這些短暫的時間尺度很難模擬，但合并耀斑的影響對于形成一個更完整的系外行星大氣圖像很重要。研究人員通過將美國宇航局2018年發射的凌日系外行星衛星調查中的耀斑數據納入他們的模型模擬中實現了這一點。

如果這些M和K矮系外行星上存在生命，之前的研究假設恒星耀斑可能會使生命更容易被發現。例如，恒星耀斑可以增加指示生命的氣體（如二氧化氮、一氧化二氮和硝酸）的豐度，從難以察覺的水平增加到可探測的水平。

“太空天氣事件通常被視為不利于宜居性。”Chen說，“但我們的定量研究表明，一些空間天氣實際上可以幫助我們探測可能預示生物過程的重要氣體信號。”