紅矮星真的不適合生命？宇宙中最常見的恆星，竟可能孕育生命？

為什麼紅矮星在宇宙中這麼常見? 事實上 它們幾乎主宰了整個宇宙 在所有的恆星中 有超過85%都是紅矮星 地球上的生命 其實出現得非常早 大約在38億年前 最早的生命就已經誕生了 到了27億年前 光合作用的出現 氧氣開始充滿了大氣 接著就是真核細胞 多細胞生物 有性繁殖 然後 大約5億年前 真菌 植物和動物都登上了舞臺 從那一刻起 大陸和海洋開始被複雜的生命佔據 後來 人類出現了 我們有了語言 科技 甚至開始探索宇宙 今天的地球 是有一個能建造飛船 能觀察星辰的物種主宰的星球 可這就引出了一個問題 既然宇宙體大多數恆星都是紅矮星 那麼這是為什麼 我們還沒有找到和我們一樣聰明的外星生命呢 紅矮星雖然壽命極長 但他們也有很多問題 他們的行星往往被潮汐鎖定 一面永遠是白晝 一面永遠是黑夜 白天那面可能熱得足以融化金屬 黑夜那面卻冷到分子都能凍結 只有中間那條暮光地帶 或許還能存在適合的溫度 更糟糕的是 紅矮星的要班強烈到足以剝離行星的大氣層 再加上光線的微弱 光合作用幾乎無法進行 在這樣的環境下 生命想要誕生實在是太難了 所以宇宙中絕大多數行星都像這樣 那麼我們想要找到類似地球的一具行星 難度就非常高 它必須擁有穩定的大氣層 合理的海陸比例 溫度適中 還不能被雕星撞擊 太陽風吹飛 或者被黑洞吞噬 就算即便是幸運的有一個行星擁有這一切 生命還是在數十億年的演化中不斷演化 最終從無數的偶然中 誕生出意識這種東西 要知道 在地球上可能有兩百億種生物 而只有我們人類這一種 最終有了思想 有了文明 所以問題就來了 像人類這樣的智慧生命 是否真的是極端稀有 還是說 在紅矮星系中 也有生命存在 只是它們的樣子 結構 甚至是思考方式 都與我們不同 宇宙中存在著無數的行星 看起來似乎幾乎不可能只有地球一個地方能孕育生命 體論上 其他星球也應該能夠經歷類似的成功故事 但我們要注意 我們的太陽 其實在恆星中並不常見 相比之下 低質量的紅矮星 在宇宙中多得驚人 數量遠超過太陽這樣的恆星 到目前為止 我們發現了幾乎所有地球大小的行星 都在這些低質量 低亮度的紅矮星周圍運行 然而 根據我們目前的觀測數據 這些行星上 沒有一個顯示出任何生命的跡象 甚至連生命可能存在的證據都沒有 那這是不是意味著紅矮星真的不適合居住 其實不一定 更有可能的情況是我們太著急了 如果大自然能夠足夠有耐心 未來也許能給出完全不同的答案 每當一個恆星的誕生 都會來自一次巨大的星際探索事件 那通常發生在龐大 寒冷 這樣的中性氣體雲中 這些氣體雲的質量 可以高達幾千 幾萬 甚至幾十萬倍太陽質量 在這裡 恆星的誕生 就像一場宇宙中的三方競賽 一開始 氣體雲中會有一些密度更高的小區域 這些密度種子 會優先吸收更多的物質聚集 形成不斷增大的團塊 直到它們足夠密足夠熱 在覈心中引發核聚變 這就是恆星誕生的那一刻 但這些團塊之間 也存在著引力相互作用 有時候 它們會相互融合 合併 從而形成質量更大的恆星 甚至形成雙星 或者是多恆星系統 當團塊開始點燃核聚變後 就會釋放大量的高能輻射 這些輻射會把周圍剩下的氣體吹散 阻止更多的恆星在同一區域形成 結果就是 即便氣體雲的質量非常巨大 真正能夠變成恆星的部分 其實不到10% 剩下的物質會被吹走 遍體 或者被恆星風帶回到星際空間中 接著 我們來看到新誕生的恆星系統 它們有一個很顯著的特徵 最亮 最熱 最藍的恆星 通常是最亮之大的那幾顆 主導了整個星團的光線 恆星按照溫度和壽命分為7個種類 從最熱 最藍 壽命最短的 到最冷 最紅 壽命最長的 一直是 O B A F G K 最後是M型 O型和B型恆星難得耀眼 也極其稀有 壽命只有幾千萬年 它們很快就會耗盡燃料 最後爆發成超新星 幾億年後 最後的B型恆星 也被以溫柔的方式消亡 拋掉外層氣體 變成白矮星 A型恆星能活到4到25億年 F型恆星的壽命 大約是25到80億年 G型恆星 也就是像我們太陽這樣的 它能活到8到200億年 K型恆星 能活到200到上千億年 而壽命最長的 是M型恆星 也就是紅矮星 它們能夠活上上千億到200萬億年 就是200萬億年 這比宇宙現在的年齡還要長上上千倍 恆星一旦形成 行星的形成也被緊隨其後 通常只需要幾百萬年 大約200到1000萬年之間 行星系統就能成形 再過上千萬年 行星系統大致會穩定下來 但此時並不意味著太平 在恆星生命最初的幾億年裡 系統中殘餘的碎片 也就是我們今天看到的小行星 那樣的物質會頻繁地撞擊行星 這些撞擊有好有壞 它們能夠帶來水和有機物 也能摧毀早期的生命 它們有可能打亂生命的平衡 同時又能把能量在系統中重新分配 結果就是 在那段時間裡 沒有任何一個星球的環境是穩定的 生命也許可能出現 但很難複雜化 更別說形成文明 因此 大多數科學家認為 只有較低質量的恆星 A型以下的恆星系統 才能真正有機會發展出生命 不過 這個想法也有問題 恆星的溫度並不是恆定的 在生命誕生的過程中 恆星會慢慢升溫 等生命終於發展到複雜的階段 恆星的熱量可能早已經把地熱帶水徹底蒸發 以地球為例 再過10到21年 太陽升溫就足以讓海洋乾渴 A型恆星 甚至一些F型恆星 在它們短暫的一生中 根本沒有足夠長的穩定期讓複雜生命出現 那聽起來好像恆星壽命越長 就越有利生命演化 體論上確實如此 只要一個大小合適的行星 其恆星距離剛剛好 有液態水、穩定的大氣、合適的溫度 這些條件組合在一起 確實能讓生命出現 就像地球一樣 畢竟 如果在這裡能發生一次生命的奇蹟 那宇宙的其他角落 或許也能重演這一切 上面所說的這是一個很棒的思路 但同樣也存在著一個問題 恆星在剛誕生的時候 需要一段時間纔能夠穩定下來 只有隨著時間的推移 它們才會逐漸發出相對甜蓄、穩定的光 以我們的太陽為例 這個階段大概持續了幾千萬年 目前估計大約有五千萬年左右 很多恆星在剛形成的時候 自轉得非常快 而自轉速度越快 耀邦爆發的頻率就越高 而現在的太陽已經是一個轉得很慢的恆星了 它圍繞自身旋轉一圈 大概需要是25天 而在兩極則是需要33天 根據我們目前所瞭解的情況 恆星質量越小 它想要穩定下來 停止頻繁的耀邦活動 就需要更長的時間 如果我們把焦點放在宇宙中 壽命最長的M級恆星 也就是紅矮星上 那問題就更明顯了 這些恆星的耀邦爆發週期通常都非常長 比如M級恆星 大概只有太陽質量的40%到50% 在它們最初的幾億年裡 會經過一個瘋狂爆發耀邦的時期 而如果我們看到質量更低的M級恆星 這種爆發期可能會持續更久 根據我們觀測的一些雙星系統 不同質量的恆星 它們的活躍期 也就是耀邦頻率很高的那段時間 差別都非常大 比如質量大約是太陽三分之一的恆星 它的活躍期大約能持續12億年 而質量只有太陽的十分之一的恆星 這個時間可能長達44億年 如果再往下看 把質量降到0.075個太陽質量 那它的耀邦活躍期 可能會長達60億年至100億年 當然 這個數據目前還存在很大的不確定性 那問題就來了 這樣的低質量恆星 真的能夠孕育出適合生命存在的行星嗎? 耀邦週期太長 對生命來說是一個巨大的挑戰 因為耀邦非常高效地被剝離行星的大氣層 在我們自己的太陽系裡 哪怕是太陽的耀邦相對溫和 美國宇航局的探測任務也發現 在一次耀邦事件期間 火星大氣中的氣體流失速度 會增加大約20倍 那如果是一顆年輕 快速旋轉的M型矮星周圍 它的耀邦頻率可能比一顆成熟 旋轉緩慢的恆星要高出10億倍以上 假設一個行星有著和地球類似的大氣層 位置也正好合適 表面的溫度大約在300K 那它的大氣層可能在幾百萬年內 就會被完全吹走 就算是像金星那樣的厚度 達到地球大氣的100倍的濃密大氣 也撐不過10億年 而對一顆想要在紅外星周圍 支持生命的行星來說 這幾乎是一個致命的問題 因為我們認為 沒有大氣層 生命就沒有辦法生存 你可能會想 那又怎樣 只要在耀邦期結束之後 行星就能重新形成大氣層 不就行了嗎 生命總會有機會再出現 這確實是一個很合理的想法 但根據我們目前的觀測數據 這個可能性不是很大 根據現在的研究 我們知道行星想要獲得堅實的大氣層 大概有三個途徑 第一種是在行星形成的時候 從整個恆星系統的原始氣理雲裡面 直接帶來大氣層 這種情況對於有厚厚氫鈦層的巨行星 特別有效 但對於像地球這樣的原始行星 幫助就不是很大 第二種是通過行星自身的活動 比如火山噴發 板塊運動 地殼抬升 或者翻轉 把內部的氣體和揮發物釋放出來 慢慢地累積成大氣 第三種是通過外部的空氣 就像小行星 彗星 這樣的原始天體 在行星形成後撞擊上去 也會帶來氣體和水分 幫助形成大氣 第一種方式 確實對巨行星很好 但對於原始行星幾乎沒有用 因為那層氣體很容易被M型的恆星 它們的長期耀斑吹走 第二種方式其實挺有意思 因為像地球和金星這樣的星球 在幾十億年間一直保持著火山活躍 那麼我們不禁要問 在紅矮星漫長的耀斑期結束後 圍繞它運行的這些行星 還能不能靠自身活躍 重新製造出大氣層呢? 就這點 科學家們也不是很確定 但是他們可以做一個比較 如果我們拿地球和金星上的 觀測到的火山氣體噴發速率 和它們擁有的大氣總量相比 會發現一個驚人的事實 哪怕過了幾十億年 現代火山活動所產生的氣體量 也遠遠不足以形成像地球這樣的大氣層 從目前的體檢來看 行星形成完成的大氣層的時間尺度 通常只有幾億年 最多也就是十億年 當然 也不是完全沒有希望 或許我們只是需要更多的耐心 如果時間夠長 比如地球或者金星 經歷一次超級火山級別的噴發 那就可以改變一切 這種噴發帶來的氣體量 是非常巨大的 甚至可能主導 內地行星的整個大氣形成過程 再想得更遠一點 如果時間不是幾十億年 而是幾百億 幾千億 甚至上萬億年 那恆星系統的飛行撞擊 再加上行星內部的火山活動 或許真的能一點一點堆積出足夠厚的大氣層 甚至擁有豐富的水儲量 最終在表面形成穩定的液態水環境 所以 現在的低質量紅矮星周圍 也許暫時沒有適合生命的行星 但在遙遠的未來 一旦這些恆星穩定下來 轉得慢了 要半也停了 也許其中一些星球 就會真正地孕育出生命 更有意思的是 我們人類觀察系外行星 其實也就三十多年 而關於行星上的現代火山活動的證據 也是最新的發現 差不多也就是這段時間 行星上最大規模的噴發雖然極其罕見 但它們釋放的氣體量也是巨大的 所以在漫長的宇宙時間裡 這些噴發可能纔是研製行星形成大氣層的真正關鍵原因 目前 我們在紅矮星周圍 還沒有發現任何有大氣潛在的宜居行星 這只能說明 它們現在還不適合生命存在 但這並不代表它們永遠都不會 別忘了 形成一個內地地球的大氣層 所需要的質量 其實是佔據行星總質量的百萬分之一 只要時間足夠長 內部噴發再加上外部的空氣 就完全有機會慢慢累積出新的大氣層 所以 也許在短期內 我們不大可能在這些低質量紅矮星周圍看到生命 但如果我們有足夠的耐心 等上幾十億年上百億年 這些被我們忽視的小恆星 或許有一天 才會成為宇宙中最常見的生命家園 或許 我們一直以來都低過了紅矮星的潛力 這些微弱的長壽的恆星 雖然在年輕的時候充滿暴躁的要班 但它們的壽命足以陪伴到宇宙走到最後 當像太陽這樣的恆星早已燃盡 紅矮星依然會默默閃耀 也許在漫長的時間盡頭 它們周圍的行星才會逐漸擁有大氣 孕育生命 紅矮星不一定不移居 它們只是還沒來得及變得移居 也許在未來的億萬年後 真正的生命諾言 不會再像太陽這樣的恆星旁邊 而是在那些最普通 最長壽的紅矮星身邊 如果宇宙真的會誕生無數生命的家園 那它們很可能就在紅矮星的微光之下 你覺得紅矮星是生命的禁區 還是未來文明的避風港 歡迎在評論區留下你的看法