“金发姑娘”帮我们找到宜居世界_风闻

原创：牧夫天文

翻译：汪荣鑫

校译：陈艳玲 华子乾 陆寅枫 田程偲 

编排：胡暖暖

原文链接：

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/k-star-advantage

寻找太阳系外生命的科学家面临着重大挑战，其中之一就是我们银河系中有数千亿颗恒星需要考虑。为了缩小搜索范围，他们必须弄清楚：什么样的恒星周围最有可能存在宜居行星？

一项新的研究发现，K型星比太阳更暗，但比M型星稍亮，是一类特别有可能存在生命迹象的恒星。科学家把这种恒星叫做“金发姑娘”恒星（“Goldilocks” Stars）：这是儿童故事“金发姑娘和三只熊”的隐喻，其中一个小女孩从三只熊中选择，忽略那些太极端的（大或小，热或冷）并选择中间的那个。

在K型星的宜居带运行的行星（概念图）

Credit: ASA Ames / JPL-Caltech / Tim Pyle

为什么要选择中间类型的恒星？首先，K型星的寿命很长——170亿到700亿年，相比之下，太阳的100亿年已经为生命提供了充足的时间来进化。此外，K星在它们年轻时的极端恒星活动比宇宙中最暗的恒星（M型星或“红矮星”）更少。

最暗的M型星确实有一些优势:它们是银河系中最常见的恒星类型，约占宇宙中所有恒星的75％；它们的寿命更长，可以燃烧超过一万亿年。但M型星过于活跃的“青春期”带来了其他问题，例如它们的耀斑爆发更加频繁，可能对行星上得生命产生不良影响。

TRAPPIST-1是一颗典型的M星，这是它的恒星系统的示意图。

Credit：NASA / JPL-Caltech

科学家认为，行星大气中同时存在的氧气和甲烷是一种明显的生物印记，如果发现它们在存在于某个星球的大气层中，这意味着有什么东西在产生甲烷和氧气，很有可能是生命。然而，这两种气体会相互反应，在偏远的系外行星，其大气层需要含有大量的氧气和甲烷才能被地球的天文台观测到。

NASA戈达德飞行中心Arney的分析发现，氧气-甲烷生物印记在K型星周围可能比在类太阳恒星周围更强。她使用计算机模型模拟了行星大气的化学组成和温度，以及大气如何受到不同的主星的影响。当把行星放在K型星周围时，氧气不会迅速破坏甲烷，因此更多的甲烷会在大气中积聚。Arney说:“这是因为K型星的紫外线不会产生能迅速破坏甲烷的高活性氧气，而我们的太阳会。”对M型星周围的行星也模拟出了这种更强的氧气-甲烷印记，但它们剧烈的恒星活动会破坏宜居行星的形成。

此外，因为K型星亮度低，使得周围的系外行星更容易看到。太阳比它周围的类地行星亮100亿倍，因此观测时需要消除很多光，而K型星可能只比其周围的类地行星亮10亿倍。

NASA的开普勒望远镜是寻找系外行星的主力。

Credit：NASA/Ames Research Center/Wendy Stenzel

Arney的研究还包括讨论哪些附近的K型星可能是未来观测的最佳目标。由于K型星距离我们很远，我们无法前往它们周围的行星，因此我们只能分析来自这些行星的光线以寻找可能存在生命的信号。因为不同的化合物会发出并吸收不同颜色的光，通过将这种光分离成光谱，科学家可以识别行星大气的成分。

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原图链接：https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/k-star-advantage