矮星行星可能因生命而发光

从远处看,星系可能像闪烁的狂欢节。

尽管我们的宇宙后院充满了行星,但似乎很少有适合我们已知生命存在的。有些行星的轨道距离恰好适合水保持液态,但它们年轻时炽热的恒星倾向于用辐射将它们“烤焦”,而这种辐射会迅速扼杀地球上的大多数生命。

然而,外星生命可能仍然会找到出路。受到一些吸收有害紫外线并将其反射为无害的绿色和蓝色光芒的珊瑚物种的启发,一个天文学家团队最近提出,在类似围绕我们第二近的恒星(太阳除外)运行的系外行星上的整个海洋生态系统,也可以做到这一点。如果属实,整个行星可能会对来自母恒星的耀斑产生荧光发光,而未来的望远镜或许能够探测到这种光芒。

“想象一下它会是什么样子,”康奈尔大学的研究员、该提案的合著者之一丽莎·卡尔滕内格(Lisa Kaltenegger)说道。“这是一个非常美好的想象。”

随着系外行星(围绕其他恒星运行的行星)的探测数量不断增加,能够孕育生命的候选世界也在增加。比邻星 b 离我们最近,距离地球仅四光年多,围绕比邻星运行。然后是 Trappist 行星,一个由七颗行星组成的家族,距离我们 39 光年。它们似乎都与地球质量相似,其中一些行星的轨道距离它们的太阳不冷不热,足以让任何液态水避免结冰或沸腾。

但水并不一定意味着家园。这两颗恒星,以及附近 75% 的恒星,都属于红矮星的范畴。这些气态球体比我们的黄太阳更小、更冷、更红。它们也倾向于更加“活跃”,这是一个天文学上的委婉说法,意味着它们很可能通过大规模且规律的太阳耀斑“烧烤”附近的行星。比邻星,我们这个观测得特别仔细的邻居,每年大约“爆发”五次——这足以在五年内清除地球 90% 的臭氧。

比邻星 b 和 Trappist 行星非常靠近它们昏暗闪烁的恒星,轨道周期为 11 到 19 天。这种近距离使得它们成为系外行星搜寻者的绝佳目标,因为它们会频繁地从恒星前方经过(外星天文学家必须持续观测我们的太阳至少一年才能探测到地球),同时也是地球生命生活在其中的“糟糕场所”。没有臭氧来阻挡太阳的紫外线,即使是顽强的缓步动物也无法存活太久。卡尔滕内格说:“如果你我登陆那里,对我们来说会非常不健康。”

但是,地球上的生命有幸在一个相对没有紫外线辐射的环境中进化(或者至少在数十亿年来享受了臭氧的保护益处)。在 Trappist 海洋中出现的物种,不得不找到一种更具创造性的方法来应对紫外线的轰击。“如果我们知道关于生命的一件事,”卡尔滕内格说,“那就是它非常善于适应环境。”

例如,一些地球上的珊瑚已经发展出吸收高能紫外线辐射的能力,然后通过发射可见的、低能量的绿色或蓝色光芒来摆脱它。康奈尔大学团队在其最近的出版物中提出,类似的“生物荧光”可能是这些行星上生存的关键。卡尔滕内格设想了一个主要以水为基础的世界,广泛分布着生物荧光漂浮藻类,例如,在母恒星和生态系统之间上演一场协调的光秀。“巨大的辐射击中行星,然后行星——这个生物圈——实际上会根据辐射发光,”她说。

biofluorescent coral
Joe Lin/Flickr

像“巨型望远镜”(Extremely Large Telescope)(这是它的真实名称),目前正在智利阿塔卡马沙漠建造,预计将于 2025 年开始运行,下一代光学望远镜可能会捕捉到这种外星的闪烁。

卡尔滕内格和她的合作者杰克·奥马利-詹姆斯(Jack O’Malley-James)考虑了大量被不同程度的云层和发光生物覆盖的假设行星。他们发现,在理想情况下(没有云层,藻类完美覆盖行星),这样的行星在耀斑后会发光 13 倍。一颗被云层覆盖一半地表、30% 地表被生命覆盖的行星,会发光两倍。作为地球上的比较,云层覆盖了我们地球表面的一半,而生物荧光珊瑚则覆盖了地球表面的 0.2%。

“真正令人惊讶的是,你竟然可以看到它,”卡尔滕内格说。“我们没想到它的信号会比植被更强。”(植物也以独特的方式反射光,这是生命的另一个潜在迹象)。

真正的确凿证据将是探测到由耀斑引起的辉光,以及一个同时含有氧气和某种分解氧气的化学物质的大气层(表明生命在不断地补充氧气供应)。系外行星搜寻者很快就会面临一个令人羡慕的难题,那就是拥有太多潜在行星需要调查,而生命迹象或荧光辉光可以帮助优先考虑未来的观测。

当然,整个想法都建立在一堆“如果”之上。如果矮星没有剥离行星大气层。如果行星上有水。如果生命找到了摆脱紫外线辐射的方法。如果那些藻类成功到足以覆盖星球相当一部分的面积。一些研究人员认为这些“如果”是“相当大的障碍”,但卡尔滕内格认为,这种想法源于人类中心主义的印象,并且她正在努力保持开放的心态。

“这对生命来说不是坏事,对你我来说是坏事,”她说。“[这项研究]只是我们试图确保我们不戴着‘眼罩’,而是利用我们在地球上已知的多样性去寻找其他地方的生命。”

编者注:先前提及的有害红外线已更正为“紫外线”,这是真正危险的光源。

 

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Charlie 是一名记者,报道地球内外物理科学领域的发展。除了《流行科学》,他的作品还发表在《Quanta Magazine》、《Scientific American》、《The Christian Science Monitor》等刊物上。此前,他曾在莫桑比克和日本教授物理和英语,并在布朗大学学习物理。您可以在这里查看他的网站。


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