3-D气候建模可以微调寻找外星生命迹象的搜索

 
天文学家已经确定了成千上万个拥有行星的恒星，而当下一代望远镜的浪潮出现时，这个数字可能会更快地增长。但是哪里是寻找生活的最佳场所?
一项最新发布的研究关注我们银河系中最丰富的恒星类别-M矮星，也称为红矮星-并为天体生物学家提供了好消息和坏消息。
好消息是，大气化学的3D气候建模可以对行星的潜在宜居性进行更全面的评估。
在基本层面上，行星系统的宜居区域定义为围绕恒星的甜甜圈形区域，该区域仅获得适量的辐射以使水保持液态，而不是使其沸腾或冻结。
天体生物学家从这个标准开始，因为在地球上几乎任何存在液态水的地方都可以找到某种形式的生命。但是对于外星来说，特别是M型矮星，情况要复杂得多。
这项新发现定于本周在《天体物理学杂志》上发表，它支持这样一种观点，即围绕活动的M矮星运行的行星很容易由于紫外线辐射的蒸发而损失大量的水。
而且，臭氧层太薄的行星很可能让太多的紫外线通过其大气层。即使表面有液态水，这种辐射也会对我们的生命造成致命的打击。
《天体物理学杂志》论文中描述的计算机模型利用了3-D气候建模来进行外星大气中的化学反应。这种方法从字面上增加了确定可居住性的过程的另一个维度。
研究论文的主要作者霍华德·陈(Howard Chen)博士说：“ 3-D光化学起着巨大的作用，因为它提供加热或冷却，这可能会影响行星系统的热力学甚至大气成分。”西北大学的候选人在新闻稿中说。
Chen说：“在模型研究岩石行星的系外行星文献中，这些模型实际上并没有真正使用过，因为它们的计算量很大。” “研究更大的行星的其他光化学模型，例如天然气巨人和炽热的木星，已经表明人们在研究气候时不能忽略化学。”
该小组的发现可能使在Proxima Centauri b上寻找生命的希望变得黯淡，Proxima Centauri b是太阳系以外最接近的行星。 Proxima b从技术上说是位于其母星M矮星的宜居区域内，但该星会发出强烈的耀斑。
天文学家已经注意到Proxima b的辐射环境可能存在问题。 TRAPPIST-1e(另一种M-矮系系外行星，以前被认为是潜在可居住的)也是如此。新发表的论文强化了这种悲观的观点。
“这并不一定排除像行星一样在Proxima b和TRAPPIST-1e上的可居住性……但它确实进一步证明了M型矮星周围行星的恒星辐射环境可能对维持地球行星上的水蒸气非常具有挑战性，”这项研究的共同作者，科罗拉多大学博尔德分校的天文学家埃里克·沃尔夫(Eric Wolf)说。
沃尔夫隶属于总部位于华盛顿大学的美国宇航局天文生物学研究所的虚拟行星实验室。他和他的同事们对M矮星周围的行星可能存在的条件投入了很多注意力，这些矮行星约占银河系恒星总数的70%。
“这些行星可能具有所谓的二次大气层，随着时间的推移，不断的火山活动使这些行星变得无气。请注意，我们今天喜欢的地球大气是次要大气，”沃尔夫在一封电子邮件中对GeekWire说道。 “但是，M-矮星持续不断的高水平恒星活动，可能会通过从次级大气中去除水蒸气并长期使行星变干而对可居住性构成重大威胁。”
沃尔夫说，这并不是坏消息。他说：“霍华德的论文还告诉我们，理想的行星目标将是在紫外线安静的恒星周围发现的目标，更重要的是，恒星在其整个生命周期中都是安静的。”
在未来的几年中，美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜和其他下一代天文台有望加快发现行星的速度，甚至使分析外星球的大气成为可能。
该研究的资深作者，西北大学行星科学家丹尼尔·霍顿(Daniel Horton)说：“外面有很多恒星和行星。” “我们的研究可以帮助限制我们必须指向望远镜的地方数量。”
天体物理学杂志论文的作者包括Chen，Wolf和Horton以及Zhuchang Zhan，题为“用3D化学-气候模型评估的M型矮系系外行星的可居住性和光谱可观察性”。