紅矮星

紅矮星

紅矮星,也就是M型主序星(MV),根據赫羅圖,“紅矮星”在眾多處于主序階段的恆星當中,其大小及溫度均相對較小和低,在光譜分類方面屬于M型。它們在恆星中的數量較多,大多數紅矮星的直徑及質量均低于太陽的三分一,表面溫度也低于3,500 K。釋出的光也比太陽弱得多,有時更可低于太陽光度的萬分之一。 。

  • 中文名稱
    紅矮星
  • 外文名稱
    red dwarf
  • 分類
    恆星
  • 質量
    不會超過太陽的一半
  • 直徑
    低于太陽的三分一
  • 表面溫度
    2,500至5,000K
  • 光譜類型
    M型

​簡介

所謂紅矮星,也就是M型主序星(MV),根據赫羅圖,"紅矮星"在眾多處于主序階段的恆星當中,其大小及溫度均相對較小和低,在光譜分類方面屬于M型。它們在恆星中的數量較多,大多數紅矮星的直徑及質量均低于太陽的三分之一,表面溫度也低于3,500K。釋出的光也比太陽弱得多,有時更可低于太陽光度的萬分之一。又由于內部的元素核聚變的速度緩慢,因此它們也擁有較長的壽命。紅矮星的內部引力根本不足把氦元素聚合,紅矮星不會膨脹成紅巨星,而逐步收縮,直至氫氣耗盡。

紅矮星,其實是一種體積不太大的恆星,通常它們的質量都不會超過太陽的一半。我們的銀河系(也許所有星系都是如此)中70% 的恆星都是紅矮星,它們比太陽的體積小,溫度低,也更加暗淡。由于輻射出的光芒實在是太為微弱,如果不借助天文望遠鏡,我們不可能看到任何一顆紅矮星。科學家們計畫尋找的行星正是處于這樣的恆星周圍。

據介紹,當"超級類地行星"運行到紅矮星與地球之間時,會發生類似日食一樣的效應:紅矮星發出的光線會被阻擋住一部分,而不同的行星由于體積和其與恆星的距離都不相同,因此能阻擋住的光線數量也會存在明顯差異。因此,通過觀測紅矮星亮度的變化並參考其他因素,科學家們便能夠估算出行星的大小以及與恆星的距離,進而確定其表面的溫度等重要資料。

其實早在2007年4月份,歐洲南方天文台的天文學家就曾宣布,他們在距離地球20.5光年的紅矮星--Gliese581--的周圍,發現了迄今與地球最為相似的太陽系外行星。這顆行星的質量約為地球的5倍,表面溫度可能介于0℃~40℃之間,恰好允許液態水存在于它的表面。這是科學家在太陽系外首次發現可能適合人類居住的行星。

顯示特點

紅矮星是一類體積較小、質量不超過太陽三分一的小型恆星。科學家們希望能在其附近找到所謂的"中轉行星"。所謂"中轉行星",是指從地球上看,會周期性地遮擋住部分恆星光芒的一類行星。通常情況下,因"中轉行星"引起的類似日食的現象會阻斷住恆星所發出的大約一半光線。而由此導致的恆星亮度的變化可以被地球上的觀測者們所記錄到。在實施"MEarth"計畫的過程中,科學家們計畫動用八台大型光學望遠鏡進行觀測活動,已經有五台投入了使用。

紅矮星紅矮星

Gliese 581c這顆星球距離地球足有20光年之遠,並選擇以它附近的一顆紅矮星作為軌道中心旋轉。這是由于紅矮星的數量很多,所以很多行星都選擇紅矮星作為軌道旋轉中心。又因為紅矮星的光線非常暗,所以圍繞它旋轉的這顆行星不會被星光所淹沒,這樣這顆行星發出的光線就很容易的被測量到。

這顆行星經研究存在于紅矮星周圍的一個可居住區,通過天文望遠鏡可觀測到這顆行星的表面存有一個亮點,這個亮點即星球表面存在有液體水的地方。這片可居住區距離冷星的距離與地球距離太陽一樣遠。據天文學家表示,這顆在紅矮星可居住區域存在的行星,圍繞紅矮星公轉的時間為兩周。由于這顆行星離紅矮星十分近,所以在觀察的時候這顆行星與紅矮星會同時出現在觀察者的視線範圍內,而且能夠被很容易的觀察到。

天文學家研究表示,他們發現宇宙中的紫外線實際上會使氧分子分離,甚至還能夠創造出很多的臭氧分子。經研究,在這顆行星的大氣層上空覆蓋有一層厚厚的臭氧層,這樣就阻止了過多的紫外線照射到行星的表面。但是,當紅矮星靜止存在時,紫外線就會相對減弱,防止紫外線的臭氧層也就會慢慢消失。

理論依據

1、圍繞著一顆叫Gliese 581的紅矮星運轉。它們之間的距離為0.07個天文單位,正好能確保581c生成液態水並把水保持在表面。

紅矮星紅矮星

2、如果它擁有地球一樣的岩石結構,直徑可能是地球的1.5倍。如果是個"冰球",直徑可能會更大。研究者估計,581c的重量大約是地球的5倍,表面溫度為0-40攝氏度。

3、581c圍繞的恆星581,其質量是太陽的1/3,亮度隻有太陽的1/50。所以它製造的"金發地帶"比太陽小。如果它尺寸、熱量和太陽一樣,。

4、581c發現者之一、裏斯本天文台的澤維爾·龐菲爾斯說,歐洲天文學家小組使用一種稱為HARPS(高精度徑向速度行星搜尋光譜儀)儀器觀測了100顆不同的恆星,最終發現了581c行星。

5、581c環繞恆星公轉一圈隻要13天,你的年齡也會增加得更快。

6、581c上的重力加速度是地球上的1.6倍,坐在上面,你會感覺自己的體重增加了0.6倍。

7、581c距離它的恆星581的距離為地球離太陽的距離的1/14,從581c上看,恆星在天空中的大小要比我們在地球上看到的太陽大20倍,而且會受到紅矮星的大量輻射。

8、581c很可能被潮汐鎖定,這樣它的一半一直是白天,另一半一直是黑夜。

9、581c距離地球約20.5光年,相當于120萬億英裏。從銀河系的概念上來看,距離地球不算遠,581c也是距離地球最近的100顆行星之一。

專家看法

科學家們將對位于北天球的約2000個紅矮星進行觀測。通過分析這些天體亮度的變化程度,研究人員將能夠計算出是否有質量在地球二至七倍之間的"中轉行星"存在于所謂的"生存區域"中(該區域與中心恆星的距離適中,有可能創造出與地球上類似的環境)。雖然觀測對象眾多,但據專家們估計,在上述紅矮星附近觀測到"中轉行星"的幾率隻有大約百分之一。

紅矮星紅矮星

盡管需要對近2000顆紅矮星進行觀測,但參與"MEarth"計畫的科學家們指出,這項工作的投資並不需要很大,因為所動用的設備都是現成的,無需再向太空發射空間望遠鏡

此前,科學家們已經在一顆編號為Gliese 581的紅矮星附近發現過一顆很可能適宜于生命存在的行星。專家們認為,這顆編號為581с的行星或許就是"第二個地球"。

據測量,該行星的表面溫度與地球相當,其上可能還有水存在。此外,該行星與恆星的距離也非常理想,各種條件很適合生命的存在。

由恆星中最小的一類紅矮星形成的恆星行星系統,過去科學家們認為那兒的環境險惡,不可能誕生任何生命。而銀河系中大約有75%的恆星是紅矮星,這些天體過去一直被尋找外星生命的科學家忽略過去了。但最近這種看法有了改變,科學家認為圍繞紅矮星的行星成為生命搖籃的可能性還是存在的。

現在判斷有水為時過早,科學家迄今一共發現了220個太陽系以外的外部行星,但它們要麽太大、由氣體構成,要麽太熱或太冷,不適合生命居住。天體生物學家(負責研究宇宙生命可能性的科學家)把適宜居住的氣候帶稱為"金發地帶",那裏溫度沒有低到使水結冰,也沒有熱到把水蒸發掉,而是在星球表面以液體形態存在。

紅矮星的耀斑紅矮星的耀斑

581c圍繞的恆星581,其質量是太陽的1/3,亮度隻有太陽的1/50。以太陽系中靠近太陽的水星為例,它和太陽的距離是581c和581之間距離的近六倍,白天是一個布滿滾燙岩石的荒涼石塊,晚上又變成冰盒子。太陽的宜居範圍是從距它約8800萬英裏到約1.55億英裏,地球和火星就在這個範圍內。

難以推測是否存在生命。但是,"可以居住"並不意味著"有生物居住"。目前還難以推測581c上是否存在生命。如果有生命,它們必須應對相對更大的重力和紅矮星發出的輻射。

美國航空航天局前天文學家史蒂夫·馬朗認為,現在判斷581c有沒有水還為時過早。著名天體物理學家霍金在接受採訪時表示:"我預料到會有類似地球的行星,不過,那裏是否存在生命是另一個問題。畢竟,至今還沒有外星人拜訪過我們。"

生命搖籃

恆星小弟:

銀河系中大約有75%的恆星是紅矮星。所謂的紅矮星是指質量最小的一類恆星,它們的質量一般隻是太陽質量的7%到60%。質量小也就意味著星體內部的核反應較弱,所以紅矮星發出的輻射很弱,要低于太陽輻射強度的5%,有的甚至不到太陽輻射強度的萬分之一。核反應弱也導致表面溫度較低。一顆恆星的輻射包含了從紅外到紫外的所有波段,不過隨著恆星溫度的變化,輻射能量集中的波段會發生變化。一般來說,溫度高的恆星輻射能量集中在偏藍色的波段,溫度低的則偏紅色,因此紅矮星看起來顏色偏紅。不過本應發出暗弱紅色光的紅矮星有時在自身磁場的作用下會出現反常的現象,它們會發出強烈的X射線和紫外波段的輻射,並且常出現耀斑活動。

紅矮星紅矮星

由于紅矮星內部氫元素的核聚變速度緩慢,因此它們也擁有較長的壽命。另外,因為紅矮星的體積小,引力也相對較小,內部產生的壓力和溫度不足以把氦聚合成更重的元素,因此也就不可能膨脹成紅巨星,而是逐步收縮,直至把氫耗盡。也因為這個緣故,一顆紅矮星的壽命可多達數百億年,幾乎和宇宙的年齡一樣長。

度盡劫,育生命:

因為地球生命離不開液態水,假如一個星系要想擁有與地球上人和其它高級動植物一樣的生命形式,首先必須要有一個既不太冷也不太熱、有可能存在液態水的區域,這種區域我們稱之為"適宜居住帶"。對于紅矮星來說,它們發出的光太弱了,所以它們的適宜居住帶距離恆星自己都非常近,唯有如此,才能從紅矮星那兒得到更多的熱量。對于多數紅矮星,適宜居住帶到恆星的距離都要比水星到太陽的距離還近。

但距離一近會導致一個嚴重的後果。我們都知道,月球自轉的周期和繞地球公轉的周期是相同的,所以永遠是一面向著地球,這是它受到地球潮汐力長期作用的結果。同樣,距離恆星非常近的行星也會被潮汐力施了"定身法",出現這種"陰陽臉"永不改變的現象。所以,紅矮星附近適宜居住帶上的行星永遠都是一面朝向恆星的,一個半球永遠是白天,而另一半球永遠是黑夜。

紅矮星紅矮星

開始科學家們擔心,永遠是黑夜的半球溫度太低,會使得行星的大氣凍結,這樣即使是向著恆星有光照射的一面也沒留下多少空氣可供生物呼吸了。不過後來的研究顯示,大氣流動可以有效的把熱量散布開,從而阻止全球的空氣凍結。 雖然大氣凍結不用擔心了,不過生命要想在紅矮星的行星上生存還有別的難關要過。紅矮星每天幾次的耀斑出現時,紫外輻射會瞬間增強幾百到上萬倍。在那幾分鍾內,恆星由紅色變成了藍色,這麽強烈的紫外線會殺死行星上的一切生命。唯一的生存機會是躲在黑暗的半球,或是黑夜與白晝交界的地帶。

還有,即使不考慮耀斑,紅矮星平時的紫外輻射和發出來的高能帶電粒子,也會把行星的大氣吹跑。如果行星大氣得不到有效的保護或者補充的話,遲早會消失掉。

由于上述這些原因,過去天文學家在搜尋太陽系外生命的時候往往跳過這些黯淡的小恆星,因為他們認為這類恆星周圍的行星並不適合生命居住。

但是,這樣的觀念有了一些改變。天文學家註意到,強烈的高能輻射主要是年輕恆星發出來的,隨著紅矮星年齡成長,它們的磁場活動會變得越來越弱,開始穩定地發出可見光波段的輻射。這樣的穩定階段可達數百億年甚至更長。

所以,如果一顆行星能熬過紅矮星狂野的年輕時代,保持住自己的大氣,那麽當紅矮星進入穩定的中年,行星將獲得新生,完全可能成為一個合適的生命居住地。

美國宇航局于2014年4月17日宣布,天文學家發現迄今為止與地球最相似行星。①圍繞一顆距地球約500光年的紅矮星運行②位于可保有液態水的宜居帶外層③體積約為地球的1.1倍。研究人員認為,新發現首次證實恆星宜居帶中確實存在接近地球大小行星,可能會找到外星生命跡象。

紅矮星

其它資料

人們可憑著紅矮星的悠長壽命,來推測一個星團的大約年齡。因為同一個星團內的恆星,其形成的時間均差不多,一個較年老的星團,脫離主序星階段的恆星較多,剩下的主序星之質量也較低,惟人們找不到任何脫離主序星階段的紅矮星,間接證明了宇宙年齡的存在。人們相信,宇宙眾多恆星中,紅矮星佔了大多數,大約75%左右。例如離太陽最近的恆星,半人馬座南門二比鄰星,便是一顆紅矮星,其光譜分類為M5,視星等11.0。

紅矮星紅矮星

至2005年,人們首度在紅矮星身上,發現有太陽系外行星圍繞旋轉,第一顆行星的質量與海王星差不多,日距約為600萬公裏(0.04 AU),其表面度約為攝氏150°C。2006年,人們又發現一顆與地球差不多的行星繞著另一顆紅矮星旋轉,這顆行星的日距為3.9億公裏(2.6 AU),表面溫度為攝氏零下220°C。

意外發現

當我們抬起雙眼,仰望夜空的時候,我們其實遺憾地錯過了銀河系中數量最多的一類恆星,即紅矮星。我們的銀河系(也許所有星系都是如此)中70% 的恆星都是紅矮星,或者叫做M 型矮星,它們比我們旁邊的這顆光芒四射的太陽的體積小,溫度低,也更加暗淡。它們的光芒實在是太微弱了,如果不借助天文望遠鏡,我們不可能看到任何一顆紅矮星。

美國天體物理學家在太陽系邊緣發現一顆新的恆星,該恆星編號為SO25300.5+165258--一顆位于牡羊座方向離開太陽僅為7.8光年的黯淡紅矮星。美國宇航局戈達德航天飛行中心天體物理學家博納德·捷爾加登博士指出:"發現這顆恆星鄰居使我們感到十分驚喜而且非常意外,因為我們完全沒有刻意尋找它,發現它純屬偶然。"幫助捷爾加登博士工作的還有美國宇航局噴氣推進實驗室的史蒂文·普拉弗多博士。

如果計畫的新研究證實最初的距離測量,則這顆新恆星將是繼阿爾法半人馬星座(Proxima Centauri,距太陽僅4光年多一點)和巴納德恆星(距離地球僅為6光年)之後的第三顆最接近太陽的鄰居。

計算結果表明,發現的這顆紅矮星質量約為太陽質量的70%,而其亮度要比太陽亮度弱30萬倍。正是因為這一緣故,地球上的天文學家才一直沒有發現它。

相關資料

目前並非所有觀察資料都能使天文學家感到滿意,例如,盡管SO25300.5+165258很像М6.5類紅矮星,卻仍然是一顆新恆星,由于某種原因,它的亮度比距離地球7.8光年М6.5類紅矮星典型代表亮度弱3倍,因此天文學家不排除這樣的可能性,即在檢驗測量結果之後查明這顆新恆星的距離會有些變大。

現在,美國海軍天文台天文學家正在重新檢驗美國宇航局天體物理學家獲得的,有關這顆新恆星距離和亮度的資料。

科學研究

由于體積和亮度的原因,長期以來,很少有天文學家投身到紅矮星的科學研究中。幾十年來,科學家認為紅矮星附近根本不可能有智慧生命。假如紅矮星周圍有行星圍繞,也會由于它們之間相距過近,行星完全被紅矮星" 鎖定",就如同月球被地球鎖定一樣。行星將隻有一面向著它的" 太陽",也就是紅矮星。而另一面永遠處于黑暗之中。因此,這個行星上將出現極端惡劣的環境,在黑夜的一面任何大氣氣體都將被凍住,白晝的一面卻完全暴露在恆星射線的照射之下。難以想像,這樣的行星環境會有生命存活,于是,紅矮星幾乎毫無爭議地被排除在地外生命探索目標的名單外。

紅矮星紅矮星

但是最近,又有美國科學家提出,紅矮星可能更適合孕育生命。美國維拉諾瓦大學的科學家最近在美國天文學會的一次學術會議上說,他們計算了20顆紅矮星的輻射,發現如果一顆行星的大氣層和磁場足以散射和反射有害射線,其環境就適合生命存在。此外,盡管引力作用會逐漸使行星以固定的一面對著紅矮星、另一半得不到光照,但空氣流動能傳遞熱量,使行星背陰面也溫暖有如夏夜。紅矮星上的核聚變很緩慢,這使它們的壽命非常長,可以保持幾十億年甚至更長久的穩定狀態,這對生命發展是有利的。與之相比,太陽已經再隻能支持地球生命15億年(太陽正在以每一億年百分之一的速度變大,變熱),此後將膨脹變成紅巨星,把地球烤焦並吞噬。

發現意義

人類未來太空航行首選目標

"因為581c的溫度和相對來說的相似性,這個行星可能成為未來尋找宇宙生物的太空計畫的重要目標。"參與研究的科學家澤維爾·德佛希說。不過,要揭開581c的神秘面紗,還需要全球科學家長期的努力。遙遠的距離是一個問題。盡管581c行星的恆星系距地球僅20.5光年遠,使得Gliese 581是距地球最近的100顆恆星中的一顆,但是它發出的光非常暗淡,不用望遠鏡根本無法看到它。它位于天秤座,在北半球進入半夜時,天秤座處于東南夜空中較低的位置。美國天文學會發言人史蒂夫·馬蘭說:"我們不清楚在人的一生中如何才能到達那些地方。"

其次,任何踏上581c行星的人都會很快變重,年齡也會飛漲,因為581c行星的"一年"隻有12.9天。它的地心引力是地球的1.6倍,這樣的話,一個150磅重的人會覺得自己有240磅重。

581c不會旋轉,它的一側總是處于被日光照射的狀態,另一側卻黑暗無光,上述推測隻是一種可能,是否準確尚不得而知。

新行星的發現,意味著Gliese 581將成為人類未來太空航行的首選目標。哈佛·史密森天體物理學中心的天文學家迪米塔·薩瑟羅夫(Dimitar Sasselov)表示:"這顆新行星距離地球僅有20光年,我們完全有能力到達。" 歐洲航天局的馬爾科姆·弗裏倫德博士認為,這次發現是人類搜尋宇宙生命的一個重要裏程碑。它的真正意義不僅在于發現了581c本身,還表現為像地球一樣的行星可能在宇宙中非常常見。

一些天文學家認為,此次發現肯定會引發對暗弱恆星周圍的行星的關註。哈佛大學史密森天體物理中心的科學家蒂米塔·薩斯羅夫指出,像圍繞581這樣的紅矮星旋轉的行星可能"完全改變關于什麽構成宜居星球的討論",地球附近大約80%的恆星都是紅矮星。就在幾年前,天文文學還認為紅矮星周圍的行星系統不可能是生命的棲居地。而在這次研究中,90%的時間也都用在觀測與太陽類似的星系上,沒想到在一個暗弱的紅矮星身邊找到了突破口。NASA宇宙生物學專家克裏斯·麥凱表示,天文學家將來還會發現數十個,甚至成百個宜居星球,但581c在宇宙史上將佔據第一的位置。

格雷司581(格利澤581)是天秤座裏的一顆紅矮星,距地20.3光年,其大小大概是太陽的三分之一。據推測該星據有4顆行星,分別是格雷司b, c, d, e。在2007年,日內瓦天文台的Stéphane Udry發現了格雷司d。2009年科學家們宣稱這顆行星位于該紅矮星的適居帶,因為他們發現該行星上面可能有水的存在。該星被稱為是"超級地球",其質量約比地球質量大7-14倍。大至上講,行星格雷斯 581 d上的陽光大概是地球上陽光的30%。這就意味這顆行星對于生物來說,可能有點冷了。但實際上,其大氣的溫室效應能夠顯著提高其地表溫度的。並且,格雷司的 581 d行星還被列入了海洋行星最佳候選人。其表面,可能被一個深海所覆蓋。

在2008年10月,人們向格雷司 581d行星發射了一個高能數位廣播信號。該信號被命名為"來自地球的一則訊息",其中包含了501條來自于社交網站Bebor 的信息。這則訊息最終是利用烏克蘭國家宇航局的RT-70號雷達望遠鏡發射的。它現在正在飛向格雷斯581d行星,預計2029年上半年就能抵達該星。由于,人們已經發現該星極有可能含有水與生命,因此在因特網上掀起了一場名為"來自地球的拜訪"的活動,總共收集了25,880條來自世界上195個國家的訊息,並且于2009年8月28日發向了格雷司 581d星。預計訊息從地球抵達格雷司 581d星需要21年。

美國天文學家最近提出,圍繞紅矮星運轉的行星,可能很適合孕育生命。由于宇宙中大多數恆星是紅矮星,地外生命存在的機會可能比人們原先認為的大得多。

紅矮星是一類質量小、表面溫度低、顏色發紅的恆星,質量通常不足太陽的三分之一。銀河系恆星中約有75%是紅矮星,與太陽距離最近的恆星比鄰星就是一顆紅矮星。

科學家說,盡管引力作用會逐漸使行星以固定的一面對著紅矮星,而另一半完全得不到光照,但空氣流動能傳遞熱量,使行星背陰面也能保持溫暖。

科學家介紹說,紅矮星上的核聚變很緩慢,這使它們的壽命非常長,可以保持幾十億年甚至更長久的穩定狀態,這對周圍行星上的生命發展是有利的。與之相比,太陽大約隻能支持地球生命15億年,此後將膨脹變成紅巨星,把地球烤焦並吞噬。

相關詞條

其它詞條