比鄰星的行星可能很早就不支持生命的存在了

【博科園-科學科普】一項新的研究表明，附近的外星行星比鄰星（Proxima b）可能在很久以前就失去了支持生命的能力。

研究發現如果地球已經形成了近a b軌道——相當接近紅矮星——我們星球的大氣層很可能很快就被強烈的恆星輻射所剝奪。

哈佛-史密森天體物理中心的天體物理學家傑里米·德雷克在一份聲明中說：如果一顆系外行星保持在它的大氣層中，事情就會變得有趣起來，但比鄰星b的大氣損失率如此之高，以至於適居性是難以置信的。這是圍繞著這些紅矮星周圍行星的可居住性問題。

外星星球比鄰星b的表面概念圖。圖片版權：M. Kornmesser/ESO

剝離的大氣

比鄰星(Proxima b)環繞著紅矮星比鄰星(Proxima Centauri)，距離太陽只有4.2光年。地球大小的太陽系外行星每11個地球日就完成一次繞其主恆星一周的活動。但是由於比鄰星比太陽暗得多，這種緊密的軌道將Proxima b置於可居住區域內——在這個區域，液態水可以存在於行星的表面。

然而這種接近也使地球處於危險之中。紅矮星往往很活躍，特別是在它們的青年中。帶電粒子從這些恆星傾瀉到太空中，而行星越接近這樣的恆星，就越強烈地受到破壞性輻射的打擊。

高能量的紫外光可以把電子從行星大氣中的分子中撞擊出來，產生帶電粒子(也稱為離子)。一些新近被釋放的電子能夠足夠的能量來逃離地球的引力，將相反電荷的粒子帶進太空。

這種大氣剝離恆星活動是許多科學家認為大多數圍繞著紅矮星的行星都不適宜居住的原因之一。因為紅矮星大約佔銀河系中四分之三的恆星，所以大多數星系的岩石行星可能會受到太多的輻射，使生命進化。

行星可以有各種各樣的防禦輻射。一種可能是一種厚厚的大氣層，它可以吸收地球上大量的輻射。另一個是磁場可以把帶電粒子從地球上傳送出去。但磁場並不總是有用的。

一顆行星的磁極可以與恆星風相連，這為大氣層的上層和離子化區域提供了一條通道，來自恆星風的能量也被重定向到磁極，為在這些離子和電子能夠離開行星並進入星際空間的相同區域提供了額外的能量。因此保護行星的磁場也可以幫助我們將大氣層的一部分轉移出去。

一項新的研究報告稱在目前的軌道上，這顆系外行星可能無法維持類似地球的大氣層。圖片版權：Mary Pat Hrybyk-Keith/NASA's Goddard Space Flight Center

地球將會如何？

為了調查可能發生在Proxima b的事情，garcia - sage和她的同事做了一些計算機建模。他們的模型將一個地球大小的地球——一個類似地球的磁場，放置在了Proxima b的位置，然後用適當的輻射對地球進行了衝擊(其中的水平是用近40年的比鄰星的觀測確定的)。

加西亞- sage在同一份聲明中說：這是一個簡單的計算，基於來自主機明星的平均活動。它並沒有考慮到恆星大氣的極端加熱或對太陽系外行星磁場的劇烈恆星干擾——我們希望能提供更多的電離輻射和大氣逸出。

研究人員發現儘管輻射劑量相對保守，但模擬的行星卻不太好。研究人員稱，假設大氣溫度高、磁場完全開放，近1億年後Proxima b可能會失去一種與地球相當的大氣層，這在地球40億年的生命周期中是一個大眼。即使是最低溫度和封閉的磁場，大氣也會在20億年內被剝離。

當然這些結果假定了一個類似地球的磁場。科學家說一個更強或更弱的磁場可以產生不同的時間尺度。普林斯頓大學(Princeton University)研究員董飛(Chuanfei Dong)表示：對於行星磁場和它的強度，沒有什麼明顯的影響。

他說候選貢獻者包括一個行星的半徑、導電性、密度和核心旋轉速率，而這些量都不以Proxima b而聞名，因為科學家們對其質量進行了直接的測量，而不是其半徑。這意味著他們不能直接計算出比鄰星的密度，這將對地球的核心產生深刻的影響。相反研究人員依靠先前的研究，將一個行星的質量與它的半徑聯繫起來。

行星的半徑可以影響導電流體核心的半徑，因此它可以影響其磁場的發展和強度。行星與其恆星之間的距離，以及行星繞軌道運行的時間，也可以在決定磁場強度方面發揮重要作用。這在一定程度上歸因於一種叫做潮汐鎖定的現象，在這種現象中，世界的一側永久性地面對著它的恆星——這是一種緊密環繞的行星的共同特徵，比如在紅矮星宜居帶內的行星。

儘管上個月在《天體物理學雜誌》上發表的新研究結果對未來的生活前景並沒有什麼好兆頭，但並不是所有的希望都消失了，像火山活動這樣的地質過程可以幫助補充一個行星的大氣層。

作者：Nola Taylor Redd

來自：Space

編譯：中子星

審校：博科園

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