紅矮星附近的行星適居性之關鍵

紅矮星（red dwarf）佔主序星的大部分，是質量最小、顏色最紅的恆星，且擁有高比例的類地行星。因紅矮星非常活躍，尤其是在站上主序星舞台前，會發出耀斑和大量的紫外線和X射線。這些高能輻射會造成行星大氣的逸散，所以在紅矮星發展早期，其周圍行星容易缺少大氣，不利生命發展。但是，由於隕石撞擊和火山活動可以重新組成大氣，加上紅矮星隨著年齡會收斂光芒，因此在較老紅矮星附近的行星大氣仍有可能保留。

天文學家藉由觀測巴納德星（Barnardʻs Star）光譜，模擬該位在適居帶的行星，其大氣隨時間的演化。減少行星大氣的主要因素有二：紫外光和日冕質量拋射（corona mass ejection）。此研究主要考慮紅矮星發出的紫外光，對適居行星大氣的影響，暫不考慮日冕質量拋射的影響。此顆紅矮星的紫外光較太陽強。而在恆星活躍期，會出現耀斑焰（flare）並發出更多紫外射線。其耀斑強度亦比太陽強，但幸運的是強度會隨恆星年齡下降。

已知行星大氣散逸的方式有二：（１）熱散逸（thermal escape）粒子因熱運動速度超過脫離速度。（２）離子散逸（ion escape）恆星高能輻射和太陽風作用並帶走大氣。經電腦模擬發現，在沒有耀斑的時期，大氣散逸速度僅較地球略高。但在耀斑時期，會釋放出更多能有效加熱大氣的紫外光，因此逸散速度就高很多（如上圖）。因此，紅矮星耀斑時期的佔比，是行星大氣存留的關鍵，進而影響行星的適居性。

【圖：科羅拉多大學波德分校；文：節錄自台北市立天文科學教育館網頁】研究全文刊登在2020年9月17日出版的《天體物理學報》