宇宙中到底有沒有地外生命?除了地球,還有什麼樣的行星適合孕育生命?
宜居帶多年以來,科學家們一直在思考這個問題,並且羅列了一些決定行星能否孕育生命的重要因素。在這個列表中,首要的自然是液態水,因為有了液態溶劑,才能夠支援更多的化學反應,尤其是一些生物化學反應,這對於生命來說至關重要。儘管科學家也在思考其他可能的優質溶劑,但目前看來,水依然是最佳選擇。
如果想要液態水,那麼一顆行星就要處於0℃-100℃之間。當然,考慮到大氣壓的不同以及行星的晝夜、季節變化,這個範圍並不完全精確,但是基本上一顆行星表面的最高溫度在0℃-30℃之間是比較合適的。
為了保證這樣合適的溫度,行星和宿主恆星的距離就非常關鍵了。根據恆星本身溫度的不同,在它的周圍會有一個範圍能夠保證行星擁有合適的溫度,這個範圍就是我們通常所說的宜居帶,西方人又稱之為金髮姑娘帶。
可是,在尋找恆星宜居帶的同時,科學家們突然意識到,還有一個因素同樣至關重要。他們發現,與其在一顆恆星周圍尋找宜居帶,不如在宇宙中尋找宜居恆星、也就是西方人所說的金髮姑娘星。這是怎麼回事呢?
金髮姑娘星我們知道,在宇宙中,並不是所有的恆星都和太陽一樣。有一些恆星非常巨大、溫度也極高,比如O型恆星、B型恆星等,也就是所謂的藍巨星;還有一些則體積較小、溫度也很低,代表恆星就是M型恆星,亦即紅矮星。
對於藍巨星來說,它們的壽命普遍比較短,而且溫度太高了,對於生命來說恐怕不太合適;紅矮星溫度相對較低,同時壽命足夠長,給行星提供了足夠多的孕育生命的時間,但它們的輻射又很強,這對於周圍的行星來說是一個致命的打擊。
因此,介於二者之間的恆星,就成為了科學家心中的金髮姑娘星。
我們的太陽,恰好就位於二者之間。從光譜學上,太陽屬於G型主序星,也就是所謂的黃矮星。它的溫度不高不低,輻射不強不弱,100億年的壽命也給地球提供了足夠長的時間來孕育生命。而我們的地球顯然也很爭氣,發展出了繁榮的生態圈。
可是,即使面對鐵一樣的事實,科學家們卻認為:太陽這樣的G型主序星,也未必就是所謂的金髮姑娘星。
K型主序星美國維拉諾瓦大學的天文學家們在進行了分析之後認為,我們應該順著恆星赫羅圖再往前走一步,尋找比太陽更宜居的恆星,那就是K型恆星,亦即所謂的橙矮星。
K型恆星介於黃矮星和紅矮星之間,溫度比太陽低,比紅矮星高,壽命也長於太陽,而輻射強度則不像紅矮星那麼恐怖。因此,綜合來看,K型恆星或許比太陽更加適合孕育生命。
在舉辦於2020年1月的美國天文學會第235次會議上,維拉諾瓦大學的天文學家和天體物理學Edward Guinan介紹說:“K型矮星正處於最佳區間,其屬性介於數量較少、亮度更高而壽命更短的黃矮星(G型恆星)以及數量更龐大的紅矮星(M型恆星)之間。K型恆星,尤其是溫度較高的那一部分,是恆星世界中最完美的。如果你想尋找宜居行星,K型恆星的豐富數量會給你提供更多找到生命的機會。”
Guinan和他的同事、同樣來自於維拉諾瓦大學的天文學家Scott Engle在過去的30年時間裡,一直在利用X射線和紫外線等手段對宇宙中的恆星,其觀測物件既包括太陽這樣的G型恆星,也包括比太陽略大的F型恆星以及宇宙中數量最多的M型恆星。而這兩個波段的觀測,可以幫助他們更好地判斷恆星輻射對周圍行星宜居性的影響。
最近,他們將自己的觀測範圍擴大,把K型恆星也納入到了觀測範圍內。令他們興奮的是,這個一直被他們忽略的恆星群體,反而是宇宙中最有希望孕育生命的恆星。
K型恆星的優勢和G型恆星相比,K型恆星的宜居範圍相對小一點。但是,它們的數量非常多,僅僅在太陽周圍100光年範圍內就有差不多1000顆。
(圖片說明:不同恆星的宜居範圍、輻射強度、數量以及壽命對比)
另外,K型恆星的壽命也給生命提供了更多的發展機會。別看地球39億年前就出現單細胞生物了,但是直到5億年前,地球上才真正有複雜生物誕生。根據目前的研究,太陽的誕生已經是46億年前的事了。也就是說,一顆行星想要孕育生命,它的宿主恆星至少要給它提供40億年的時間。
這還不算完。隨著演化程序的推進,太陽在未來會變得越來越熱。據推測,再過10億年,太陽的溫度將會比今天高得多,以至於地球溫度可能會超過100℃!因此,就我們自己而言,太陽真正留給地球孕育複雜生命的時間只有不足15億年。
相比之下,K型恆星的壽命可以達到250-800億年,這也意味著它們演化程序更加緩慢,可以給行星數倍於地球的發展時間來孕育生命。
同時,研究人員透過觀測後也發現,K型恆星比紅矮星要平靜得多,不會有那麼多恐怖的輻射和恆星輻射。因此,從輻射到溫度再到壽命,K型恆星都是孕育生命的絕佳地點。至於太陽周圍的地球能夠孕育生命,看起來不過是小機率事件的一次奇蹟罷了……
最佳候選者他們進一步整理資料,發現了三顆K型恆星,是孕育生命的最佳候選者,分別是開普勒 442、天倉五(鯨魚座τ星)和天苑四(波江座ε)。這幾顆恆星不僅屬於K型恆星,而且本身就被認為有機會孕育生命,其中前兩顆也都有行星被發現。
尤其是開普勒 442,光譜分類上屬於K5,並且擁有一顆質量大約是地球2倍的岩石行星開普勒 442b。Guinan形容說:“開普勒 442系統就是一顆金髮女郎恆星周圍的金髮女郎行星!”
當然了,生命的出現絕不如此簡單,科學家們還需要考慮到許多因素,才能確定開普勒 442b是否能夠孕育生命。不過,這一次的研究還是給科學家們提供了新的參考,幫助我們精準地確定宜居天體的範圍。
同時,科學家們也舉一反三,開始思考是否整個銀河系也有屬於自己的宜居帶。隨著我們找到的限制因素越來越多,確定一顆行星是否能夠孕育生命的結論也將越來越精準。當結果精準到不能更精準時,答案也將浮出水面。