宜居帶不宜居的怪誕——系外行星處於其中,實則危機重重

2020-12-03 天文在線

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在所謂的「宜居帶」的地外行星可能並不安全，他們看似像是地球一樣的綠洲卻有可能崩潰。

宜居帶的地外行星有著令人振奮的前景：這些行星處在一個與他們的恆星的距離適當的位置，這個距離可以使得他們保持水分，因此就可能存在生命。但是比起是否處在與恆星的距離合適的位置還有更多的因素影響地外行星的宜居性。萊斯（Rice）大學的天文物理學家說：危險地太空環境會導致行星過於混亂而無法維持生命。

在一篇在天體物理日記中發表的文章中研究者通過應用地外行星的數據和基於太陽系磁場模型梳理出了其中一些地外行星是如何在其主恆星的磁力作用下生存的。

萊斯大學的研究生和他的導師Alison Farrish在陳述中說過調查可以彌補科學家們已知的地外行星的數據的空缺。

「基於現有的技術來決定一個地外行星是否具有一個可以用來保護自身的磁場是不可能的，所以只篇文章聚焦於我們已知的巖流圈磁場。」Farrish說道。「行星和地外行星磁場的相互反應是一種星系間的擴張。」

這個團隊關注兩類主要的特徵：恆星的恆星洛必思（Rossby）數——決定恆星活躍情況——還有它們的艾爾分（Alfven）表面——決定再多長距離上一個地外行星會被其恆星的磁場的影響。

儘管對於地球來說它們可能看起來非常誘人，但是這些恆星是具有活力的且帶有可以延伸到任何一個方向的像毛毛球上的線一樣的磁場的等離子體球。這些磁場可以對地外行星造成危害，作者這樣寫道。

因為地外行星可以保持水分，並不代表它可以維持生命，研究者說道。

如果一個恆星過於有活力而且行星與其磁場的距離過於近——無論是否處於「宜居帶」——恆星都會有強大的力量導致這個地外行星的磁層可能被摧毀。一個行星的磁層是保護它避免受到宇宙輻射的工具——就像我們地球具有的磁場一樣。所以如果沒有了磁場，行星就會受到來自宇宙的大量輻射。

這對於居住在這些行星上的有機生物來說就是一個壞消息，Farrish的共同作者也是萊斯大學的教授，大衛，亞力克山大（David Alexander）這樣說道。

依賴於它是否處於廣大的恆星磁場中，可以估測的是一些居住帶中的行星可以會在短則10億年內丟失它的大氣。亞力克山大說道。「在宇宙的觀念裡這確實是一個很短暫的時間，這顆行星可以會有合適居住的溫度和大氣壓，並且一些簡單的生命形式也可以存在，但是這還有很長一段距離。大氣可能會被剝奪，表面的輻射可能會十分的強烈。」

這個團隊還發現一些天體物理學喜歡地外行星系統，包括羅斯128,毗鄰星和特拉比斯特1都很有可能調入這個危險地磁場區域。意味著儘管這些地外行星在定義上來說可能是「宜居的」，但是他們可能並不是一個儘快去度假的好選擇。

儘管這些新發現會打擊我們去宇宙旅行的夢，亞歷山大說道它們實際上是該領域向前邁進了一小步，縮小了究竟什麼是一個行星合適居住的條件，以及天體物理學家在未來應該尋找什麼樣的特徵。

「我們的模型使我麼能夠確定恆星活動的一些關鍵特徵，這些特徵與一個恆星周期中通量的出現和傳輸有關。」亞歷山大說道，「這使得我們可以將其與觀察直接比較，而且目前除了太陽以外，其他恆星的觀測結果非常少，這也是一種通過與恆星場的相互作用來潛在地描述地外行星一些關鍵物理屬性的方法。」

摘要：我們使用了通量輸運模型，結合觀測到的恆星活動關係，以羅斯比數定義的恆星活動範圍的周期，來表徵恆星星際磁場。這一框架使得我們能夠研究系外行星系統的星際環境，並且獲得可供比較系外行星觀測的參考資料。我們研究了恆星與外行星相互作用的幾個定量指標，恆星開放磁通量和恆星總磁通量的比值、恆星艾爾分表面的位置、行星間磁場極性翻轉的強度，所有的這些都影響這行星的磁性環境。

考慮在羅斯比數範圍內（0.1-5樂尚）的模擬，我們發現（1）位於星際空間的開放磁通的分數隨著羅斯比數一同增大，對於低活性的恆星來說，最多40%左右的恆星最小值，但是對於非常活躍的恆星的開放通量是1-5%（0.1—0.25羅生）。（2）阿爾文表面的平均半徑RA，對於太陽和活動更強烈的恆星來說在0.7到1.3之間變化。（3）在活動性高時，隨著更強的逆反作用，星圈洋流片變得更加複雜，可能導致行星磁層更為頻繁的重新連接事件（例如，磁暴）。這裡提出的模擬是為了確定一個範圍內的星圈磁環境，我們可以在這個範圍內描述影響任何系外行星的條件。我們將這些結果與幾個一直的系外行星聯繫起來，並討論他們如何受到星圈磁場拓撲結構變化的影響。

作者： Sarah Wells

FY: Kiklkiki

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