美国西北大学的一项最新研究表明，虽然行星的主恒星发出的恒星耀斑剧烈而不可预测，但它并不一定阻止生命的形成。
由恒星发出的恒星耀斑是磁能的突然闪光。在地球上，太阳耀斑有时会损坏卫星，扰乱无线电通讯。然而，在宇宙的其他地方，强大的恒星耀斑也有能力消耗和破坏大气气体，如臭氧。像臭氧这样的气体的破坏可能会让有害水平的紫外线(UV)辐射穿透行星的大气层，从而减少其表面生命存在的机会。
通过结合三维大气化学和气候模型以及从遥远恒星观测到的耀斑数据，西北方向领导的一个研究小组发现，恒星耀斑在行星大气和可居住性的长期演化中起着重要作用。
“我们比较了频繁发生耀斑的行星和没有耀斑的行星的大气化学成分，”西北大学的Howard Chen说，他是该研究的第一作者。“长期的大气化学是非常不同的。”
丹尼尔·霍顿
该研究的资深作者丹尼尔·霍顿(Daniel Horton)补充说:“我们已经发现，恒星耀斑可能不会阻止生命的存在。”“在某些情况下，燃烧并不会侵蚀所有的大气臭氧。地表生命也许还有一线生机。”
这项研究发表在今天(12月21日)的《自然天文学》杂志上。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Nexus (NExSS)研究人员的共同努力。
霍顿是西北大学温伯格艺术与科学学院地球与行星科学的助理教授。陈是霍顿气候变化研究小组的博士候选人，也是美国宇航局的未来研究员。他们都是西北大学天体物理学跨学科探索与研究中心(CIERA)的成员。
所有的恒星——包括我们的太阳——都会耀斑，或者随机释放储存的能量。幸运的是，太阳耀斑对地球的影响通常很小。
“我们的太阳更像是一个温和的巨人，”博尔德科罗拉多大学(University of Colorado at Boulder)的天文学家、这项研究的合著者艾利森·扬布拉德(Allison Youngblood)说。“它年龄更大，不像年轻和较小的恒星那么活跃。地球也有一个强大的磁场，它使太阳破坏性的风偏转。”
不幸的是，大多数可能适合居住的系外行星就没有这么幸运了。对于可能存在生命的行星来说，它们必须离一颗恒星足够近，使其上的水不会结冰，但又不能太近，使水蒸发。
霍顿说:“我们研究了在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地带更窄，因为这些恒星比太阳这样的恒星更小，能量也更小。”另一方面，M和K矮星被认为比我们的太阳有更频繁的耀斑活动，它们潮汐锁定的行星不太可能有磁场帮助它们改变恒星风。”
空间天气事件通常被视为对宜居性的损害。但我们的研究定量地表明，一些空间天气实际上可以帮助我们探测重要气体的特征，这可能意味着生物过程。
陈和霍顿之前对M矮星系统的长期气候平均值进行了研究。然而，耀斑发生在一个小时或几天的时间尺度上。虽然这些短暂的时间尺度很难模拟，但结合耀斑的影响对于形成更完整的系外行星大气图像是重要的。这是通过将NASA 2018年发射的凌日系外行星卫星调查的恒星耀斑数据纳入他们的模型模拟来实现的。
如果这些M和K矮系外行星上存在生命，先前的工作假设恒星耀斑可能会使它更容易被探测到。例如，恒星耀斑可以使指示生命的气体(如二氧化氮、一氧化二氮和硝酸)的含量从难以察觉的水平增加到可检测的水平。
“太空天气事件通常被认为是不利于宜居的，”陈说。“但我们的研究定量地表明，一些太空天气实际上可以帮助我们探测可能代表生物过程的重要气体的特征。”
这项研究涉及来自广泛背景和专业知识的研究人员，包括气候科学家、系外行星科学家、天文学家、理论家和观察者。
“这个项目是团队共同努力的成果，”科罗拉多大学博尔德分校的行星科学家、这项研究的合著者埃里克·t·沃尔夫(Eric T. Wolf)说。“我们的工作突出了在研究太阳系外行星条件时跨学科合作的好处。”
这项名为“岩石宜居带行星上耀斑驱动大气化学的持久性”的研究，由美国宇航局地球与空间科学与技术研究生研究奖(编号80NSSC19K1523)支持。
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