太陽是距離地球最近的恒星，我們時刻需要關(guān)注這個“鄰居”的脾氣是好是壞，是否會出現(xiàn)耀斑爆發(fā)等現(xiàn)象，對日地空間以及地球上的儀器造成干擾。以往人們認為，劇烈的恒星耀斑在幾年內(nèi)就可能會破壞其宜居帶內(nèi)類地行星的臭氧層，從而影響行星上生命的誕生。

但一項來自美國西北大學的研究卻表明，盡管恒星的耀斑猛烈且不可預測，但其可能并不會阻礙生命的誕生。而且，在一個較長的時間段上，恒星耀斑會讓行星的大氣成分達到一個新的化學平衡。這時，耀斑可以激發(fā)宜居帶類地行星上的“生命標志”，引導我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)外星生命。

太陽耀斑與其他恒星耀斑是否有所不同?恒星耀斑是否真的能夠幫助人們尋找地外生命?

不同類型的恒星耀斑威脅程度不同

1859年9月1日，英國天文學家卡林頓在對太陽黑子進行常規(guī)觀測時，發(fā)現(xiàn)在太陽黑子群中出現(xiàn)兩個異常明亮的區(qū)域，其亮度居然超過了太陽光球背景的亮度，這個現(xiàn)象持續(xù)了5分鐘之久，同時還伴有強烈的地磁擾動，電報通訊一度中斷，這是人類首次觀測到太陽耀斑，而且是耀斑中罕見的、活動最劇烈的白耀斑。

恒星耀斑會破壞其周圍行星的臭氧層。一旦行星失去了臭氧層的保護，恒星發(fā)出的紫外線便可以穿透大氣層，威脅行星上可能存在的生物。那么，為什么太陽身邊的地球，卻逃過了耀斑的“打擊”，演化出了生命呢?“這是因為像太陽這類的G型恒星，即便存在頻繁的耀斑現(xiàn)象，對于周圍行星大氣的影響還是相對較小。”南京大學天文與空間學院副教授張曾華告訴科技日報記者，溫度稍冷的K型恒星和更冷的M型恒星所產(chǎn)生的耀斑，對它們周圍宜居帶內(nèi)的行星的大氣影響則很大。

太陽沒有年輕恒星那么活躍，耀斑現(xiàn)象并不頻繁。同時，地球自身也有磁場，能夠偏轉(zhuǎn)具有破壞性的太陽風。但與太陽這類G型恒星不同的是，K型和M型恒星有著更頻繁的耀斑活動，且由于這些恒星比太陽更小，其宜居帶也會更窄，所以，在K型和M型恒星周圍，生命存在的條件要更加苛刻。

在此次研究中，研究人員正是利用大氣模型與實際觀測數(shù)據(jù)相結(jié)合，詳細研究了G型、K型和M型恒星活動隨時間變化對其周圍巖質(zhì)行星的影響。最終發(fā)現(xiàn)，K型和M型恒星頻繁的耀斑活動并沒有完全“扼殺”其周圍行星的大氣，而是讓其達到一個新的化學平衡狀態(tài)，從而大大偏離了它們在受到耀斑影響前的狀態(tài)。

這就給生命的誕生留下了“余地”。

新的化學平衡“暗示”生物活動

那么，研究人員所說的“新的化學平衡狀態(tài)”指的是什么?張曾華解釋說，K型恒星和M型恒星頻繁的耀斑活動會產(chǎn)生紫外線和高速電子。假設(shè)它們周圍宜居帶內(nèi)的類地行星大氣中有大量生物活動產(chǎn)生的甲烷等分子，這些分子在經(jīng)過紫外輻射的光致激發(fā)、光解作用后，會產(chǎn)生二氧化氮、一氧化二氮和硝酸等氣體。同時，來自恒星高速電子的沖擊也會增加各種分子的混合程度。

如K型恒星周圍行星大氣內(nèi)，新產(chǎn)生的分子會因為行星的慢速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)移到行星的黑夜面，并得以保存。在頻繁的耀斑作用下，K型和M型恒星宜居帶內(nèi)的行星大氣的分子成分和分布情況，可以長時間保持一個新的穩(wěn)定狀態(tài)。

正是這種新的化學平衡狀態(tài)，成了我們尋找宜居行星的新線索。如果一顆系外行星大氣中，二氧化氮、一氧化二氮和硝酸等氣體豐度較高，說明這顆行星上可能有生物活動。因為在缺氧的環(huán)境下，非生物的二氧化氮、一氧化二氮和硝酸氣體豐度都會很低。

與恒星頻繁耀斑活動之前的狀態(tài)相比，在這種新的平衡下，行星大氣中二氧化氮、一氧化二氮和硝酸等氣體分子更加顯著，也更易于觀測，但即便如此，我們?nèi)匀恍枰软f伯空間望遠鏡(JWST)更強大的望遠鏡，才能看清遙遠的生物特征信號。

張曾華認為，此次研究影響了我們對于活躍的K型和M型恒星周圍行星系統(tǒng)宜居性的認識。例如，M型恒星比鄰星(Proxima Centauri)周圍的宜居帶內(nèi)就有類地行星Proxima Centauri b，此前人們曾觀測到這顆恒星有劇烈的耀斑輻射。新理論提高了其周圍行星上存在生命的可能性。

本報記者 張 曄

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