太阳耀斑破坏力十足,人类为何依然能够生存

恒星发出耀斑是突然闪现的磁性图像,在地球上,太阳耀斑有时会损坏卫星,扰乱无线电通讯。在宇宙的其他地方,强劲的恒星耀斑也有能力耗尽和破坏大气气体,如臭氧。如果没有臭氧,有害水平的紫外线(UV)辐射可能会穿透行星的大气层,从而降低其表面生命存在的机会。西北大学(NorthwestUniversity)的一项新研究显示,虽然恒星耀斑威力巨大和不可预测性,但行星主星发出的恒星耀斑,并不一定能阻止生命的形成和诞生。

通过将三维大气化学和气候建模与观测到的遥远恒星耀斑数据相结合,西北大学研究团队发现,恒星耀斑可能在行星大气和宜居性的长期演变中发挥重要作用。该研究的第一作者、西北大学霍华德·陈(HowardChen)说:我们比较了经历频繁耀斑的行星和没有经历耀斑行星的大气化学。长期大气化学是非常不同的。连续不断的耀斑实际上会将行星大气成分推向新的化学平衡。该研究的资深作者丹尼尔·霍顿(DanielHorton)补充说:

我们发现,恒星耀斑可能并不排除生命的存在,在某些情况下,耀斑并不会侵蚀所有的大气臭氧,地表生命可能仍有存活或诞生形成的机会。其研究发表在《自然·天文学》期刊上,这是西北大学、科罗拉多大学博尔德分校、芝加哥大学、麻省理工学院和美国宇航局系外行星系统科学研究中心(NExSS)研究人员共同努力的结果。霍顿是西北大学温伯格艺术与科学学院地球和行星科学的助理教授,陈是霍顿气候变化研究小组的博士生,也是美国国家航空航天局(NASA)未来的研究员。

所有的恒星(包括我们的太阳)都会产生耀斑,或者随机性释放储存的能量。对地球生命来说幸运的是,太阳耀斑通常对地球的影响微乎其微。这项研究的合著者、科罗拉多大学天文学家艾莉森·杨布拉德说:太阳更像是一个温和的巨人,它更老,不像更年轻、更小的恒星那样活跃,地球也有很强的磁场,可以使太阳破坏性的太阳风偏转。不幸的是,大多数潜在的宜居系外行星就没有那么幸运了。

对于可能存在生命的行星来说,必须离恒星足够近,才能使水不会结冰(如天王星),但也不能太近,以至于水蒸发殆尽(如水星)。天文学家研究了在M和K矮星(宇宙中最常见的恒星)宜居带内运行的行星。这些恒星周围的宜居带较窄,因为这些恒星比太阳这样的恒星更小、更弱。另一方面,M和K矮星被认为比太阳有更频繁的耀斑活动,而且它们被潮汐锁定的行星,不太可能有磁场帮助偏转抵御恒星风。

天文学家之前对M矮星系统的长期气候平均值进行了研究。然而,耀斑发生的时间尺度是几小时甚至几天。虽然这些短暂的时间尺度可能很难模拟,但结合耀斑的效果,对于形成更完整的系外行星大气图像很重要。研究人员通过将美国国家航空航天局(NASA)年发射的凌日系外行星卫星苔丝号观测的耀斑数据纳入型模拟中,实现了这一点。

如果在这些M和K矮星行星上存在生命,之前的研究假设恒星耀斑可能会使其更容易被探测到。例如恒星耀斑可以将指示生命的气体(如二氧化氮、一氧化二氮和硝酸)的丰度从不可察觉的水平增加到可检测到水平。空间天气事件通常被认为是对宜居性的一种损害,但研究定量地表明:一些太空天气实际上可以帮助我们探测到可能代表生物过程的重要气体信号。

这项研究涉及来自广泛背景和专业知识的研究人员,包括气候学家、系外行星科学家、天文学家、理论家和观察家。科罗拉多大学博尔德分校(CUBoulder)的行星科学家、该研究的合著者埃里克·T·沃尔夫(EricT.Wolf)说:这个项目是团队出色合作的结果,在研究太阳系外行星的条件时,研究工作突出了跨学科努力的好处。




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