小個頭的紅矮星,為啥被科學家認定是生命的搖籃?

時空通訊 發佈 2024-04-27T20:20:12.061756+00:00

恆星,是宇宙中可見物質的主體,占據了整個宇宙可見物質的99%。因為現代科學研究認為,宇宙中真正占據主導地位的是不可見物質,即暗能量和暗物質,這兩種物質占據了整個宇宙質能的約95%。

恆星,是宇宙中可見物質的主體,占據了整個宇宙可見物質的99%。為啥說是可見物質呢?因為現代科學研究認為,宇宙中真正占據主導地位的是不可見物質,即暗能量和暗物質,這兩種物質占據了整個宇宙質能的約95%。

今天我們不說這些看不見摸不著的東西,只說說活躍在我們視界的恆星。

恆星的一生大致分為三個階段,即誕生期、成熟穩定期、衰亡期。誕生期和衰亡期占恆星總壽命比例很小,成熟穩定期占據了恆星生命周期的90%以上。這段時間的恆星叫主序星階段,主要活躍著紅矮星、橙矮星、黃矮星、藍矮星等恆星。

有人認為還有褐矮星,但這種恆星由於太小,核心壓力和溫度無法點燃氫核聚變,因此被稱為失敗的恆星,我認為不應該在恆星里算帳。

這樣,真正發光發熱輻射太空的恆星就主要是指紅矮星、橙矮星、黃矮星、藍矮星等恆星了。這些恆星種類的劃分主要是依據恆星的質量和光譜,總體上說,質量越大的恆星亮度就越大,因此恆星的光譜類型與恆星質量密切相關。

天文學家們把恆星光譜類型劃分為七大類,即:O、B、A、F、G、K、M。當然,每個光譜類型有一個幅度範圍,因此科學家們又把這些大類每一類分出10個次型,用0~9阿拉伯數字標註,如A1型或G2型等等。

這樣就形成了以太陽質量為倍數的恆星質量與光譜關係,按從小到大排列:M型光譜的恆星是指質量最小的紅矮星,其質量跨度在太陽的0.08~0.5倍之間,表面溫度約為2000~3500K,顏色為紅色,亮度約為太陽的4%;K型光譜的恆星是橙矮星,質量在太陽的0.5~0.8倍之間,表面溫度約在3500~5000K,顏色為橙色,亮度約為太陽的40%。

再往上就是我們太陽所屬的光譜類型了,即光譜為G型的黃矮星,質量在太陽的0.8~1.7倍之間,表面溫度約在5000~6000K,顏色為淡黃白色,亮度在太陽0.8倍到6倍之間。我們的太陽屬於G2型光譜。

再上去就是藍矮星了,就是比黃矮星質量要大的恆星,分了四個光譜檔次,即F、A、B、O型。這部分恆星就是中大質量的恆星了,少則太陽質量數倍,多則數十倍甚至200倍,表面溫度在7500k以上到60000K,顏色從白色往上到藍白色,乃至藍色,亮度為太陽的數萬倍到140萬倍。

由此可見,質量越大的恆星,溫度越高,亮度越高。但恆星的壽命卻與質量恰恰相反,質量越大的恆星壽命越短。

由此恆星壽命差距拉開得很大,壽命最短的只有數百萬年,最長的有數萬億年。這是因為恆星質量越大,核心壓力和溫度就越高,氫核聚變反應就越激烈越狂野,燃料消耗得就越快。恆星核心燃料一旦告罄,就到了演化的末期衰亡階段。

恆星的死法也是質量越大越激烈,一般太陽質量0.5倍以上的恆星,到了末期都有可能引發氦聚變,最終反應到碳結束,這樣會導致星體膨脹,成為紅巨星,外圍氣體散盡到太空後,核心會留下一個很小的白矮星。

而大於太陽質量8倍的恆星,演化末期內部會發生熱核失控,引發超新星大爆炸,最終或被炸得粉碎飄散在太空,或留下一顆中子星;大於太陽質量30~40倍的恆星,超新星大爆發後核心留下的是一顆黑洞。

今天我們就不展開說恆星死亡之壯烈,主要說說科學家為啥那麼看好紅矮星,認為紅矮星是生命的搖籃,或者說生命的最終歸宿。

其實簡單地說,就是三個原因。

第一,紅矮星壽命最長。

恆星,是生命獲得能量的基本條件,可以說,沒有恆星就沒有生命,更沒有智慧和文明的出現。而生命和文明是需要時間來孕育的,就像太陽和地球年齡已經46億歲了,生命雖然也經歷了幾十億年的發展和進化,但智慧和文明依然很稚嫩,人類的活動範圍還主要是在孕育我們的地球,以及在地球的附近轉悠,飛出太陽系更是個夢想。

我們的太陽是一顆黃矮星,壽命在100億年左右,現在年齡已經到了中年,46億歲了,還有50多億年就會壽終正寢了,那時,太陽會變成一顆紅巨星,直徑擴張到現在的200倍左右,邊緣正好到了地球軌道附近,地球很可能被太陽的烈焰氣化吞噬掉。

這時候,整個太陽系已經七零八落,生命早就不復存在了。研究認為,太陽從現在開始,頂多還能支持生命存在10億年,10億年後,太陽的亮度要增加10%,那時候地球會海枯石爛,早就不宜居了。

人類是否能夠發展到星際文明,逃出太陽系在其他恆星系統或星際空間繼續生存,誰也不知道。但有一點是非常重要的,就是生命的孕育和文明的發展提升需要穩定的空間環境,因此恆星壽命和穩定期是生命和文明發展的必要條件。

紅矮星是質量最小的恆星,根據恆星壽命規律,其壽命最長。按質量和光譜劃分,最大的紅矮星以太陽質量0.5倍封頂,壽命可達500億年;較小些的紅矮星,壽命都在1000億年以上;更小的紅矮星壽命甚至可達萬億年乃至數萬億年。

紅矮星的超長壽命,給生命和智慧的孕育和發展提供了長久的機會。就是人類在未來無法在太陽系待下去的時候,必然要尋找其他的星際安身之地,最有可能的就是會尋找一顆紅矮星,依靠那裡的穩定能量繼續繁衍生息。

距離我們最近的一顆恆星叫比鄰星,就是一顆紅矮星。比鄰星質量約為太陽的八分之一,壽命可達1000億年以上。科學探測發現,這顆距離我們4.22光年的弱小恆星有3顆行星相伴,其中兩顆處於宜居帶,具有生命存在的條件。

第二,紅矮星是宇宙中存在最多的恆星。

在我們銀河系有約4000億顆恆星,其中像我們太陽這樣的黃矮星約占10%,比太陽質量大的恆星總量只有約3%,比太陽質量小一些的橙矮星約占12%,其餘的75%就都是紅矮星了。

觀測發現,距離太陽最近的10組恆星中,就有9顆是紅矮星;圍繞著太陽較近的50顆恆星中,有80%以上為紅矮星。

進一步科學考察發現,以太陽為中心的1500光年內,不同光譜類型的恆星數量約為:B型星占1%,A型星占1.5%,G型星占13%,K型星占20%,M型星占56%,根據光譜與質量的關係,紅矮星占據了絕大多數,與上述估計相當。

宇宙中有如此眾多的紅矮星,且壽命超長,生命和文明不在這種地方孕育發展,似乎有些天理不容了。

第三,紅矮星有長久的穩定時期。

生命孕育需要一個較為安逸的環境,但早期的科學研究認為,紅矮星並不適宜生命孕育繁衍,當然也就不適宜文明孕育和發展了。

理由是:紅矮星質量小溫度低,如果一顆孕育生命的行星要在這種小質量恆星的宜居帶,就必須距離恆星很近。所謂宜居帶就是恆星輻射到行星的熱量,正好適宜液態水的存在,也就是行星氣溫要在0度上下一個適宜的區間。

比如距離我們最近的恆星比鄰星,有一顆處於宜居帶的行星叫比鄰星b,距離主恆星就只有約700萬公里,只有地球到太陽的二十一分之一。由於這種距離,必然會導致兩種現象,一是行星公轉速度必須非常快,這樣才不至於被恆星引力拉入懷抱;二是會被恆星引力潮汐鎖定,就是一面一直向著恆星。

比鄰星b就是這樣,公轉周期只有11.2天,而且已經被比鄰星潮汐鎖定,一面受著恆星的炙烤,另一面永遠背著恆星,沉浸在黑暗和酷寒中。

還有一種理由就是:紅矮星在生命周期早期,一般以耀星的形式出現,就是表面極不穩定,會經常爆發出巨大能量的耀斑,這種巨大能量爆發在太陽身上要十幾二十年才會有一次,而紅矮星身上卻是幾周就會發生一次。

這樣,這種巨大的能量輻射襲擊距離很近的行星,不可能讓生命和文明得到孕育。

但科學家們經過幾十年的跟蹤研究有了新的發現和認知:即便紅矮星的行星被潮汐鎖定,只要這顆行星有大氣層,大氣的流動能夠傳遞熱量,即便永遠黑暗的背陰面也會有溫暖;而紅矮星度過早期的狂野階段,後面有大把的時間處於穩定成熟期,這個時期比太陽類恆星長很多很多,足夠生命的孕育和文明的發展。

由此,比較之下,現在的科學界,尤其是天文學家和宇宙物理學家們普遍認為,宇宙中最適宜生命和文明孕育和發展的搖籃,或者說宇宙文明的最終歸宿,就非紅矮星莫屬了。對此,各位怎麼看?歡迎討論。

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