NASA新发布：火星探测任务揭示了遥远行星的可居性

如果它绕着一颗红矮星运行，那么一颗岩石般的、类似火星的行星还能保持多久呢?这是一个复杂的问题，但NASA的火星大气和挥发性进化任务可以帮助解决这个问题。

​系外行星

“MAVEN的任务告诉我们，随着时间的推移，火星失去了大量的大气层，改变了地球的可居住性，”MAVEN的共同调查员、科罗拉多博尔德大学大气和空间物理实验室的教授David Brain说。“我们可以使用火星，这个我们知道很多的行星，作为研究太阳系外岩石行星的实验室，我们还不太了解它。”

在美国地球物理联盟于2017年12月13日举行的秋季会议上，在路易斯安那州的新奥尔良，大脑描述了MAVEN任务的洞察力如何应用于环绕其他恒星运行的岩石行星的可居住性。

MAVEN携带了一套自2014年11月以来测量火星大气损失的仪器。研究表明，通过化学和物理过程的结合，火星已经失去了大部分的大气层。航天器的仪器被选择来确定每个过程对总逃逸有多少贡献。

在过去的三年里，太阳已经经历了越来越高的太阳活动，火星也经历了太阳风暴、太阳耀斑和日冕物质抛射。这些变化的条件使MAVEN有机会观察火星的大气逸出，并被拉下来。

大脑和他的同事们开始考虑将这些洞见应用于类似火星的行星上，围绕着某种恒星或红矮星，这是我们星系中最常见的一类恒星。

​太阳风

研究人员根据MAVEN的数据进行了一些初步的计算。与火星一样，他们认为这个行星可能位于其恒星宜居带的边缘。但是，由于红矮星的整体亮度比我们的太阳要小，所以在宜居带行星上的行星要比水星离太阳要近得多。

一个红矮星在极端紫外线(UV)波长与近轨道结合的亮度意味着这个假设的行星会受到比真实的火星多5到10倍的紫外线辐射。这就增加了可用于大气逸出过程的能量。根据专家的经验，大脑和同事们估计个体的逃逸过程将如何应对紫外线的变化。

他们的计算表明，这个行星的大气可能会失去3到5倍的带电粒子，这一过程被称为离子逸出。在一种叫做光化学逸出的过程中，可能会失去大约5到10倍的中性粒子，这种过程发生在紫外线辐射破坏上层大气分子的时候。

因为会产生更多的带电粒子，也会有更多的溅射，另一种形式的大气损失。当充满活力的粒子加速进入大气层并撞击分子时，就会产生溅射，把一些分子踢出太空，让其他人撞向他们的邻居，就像球杆在泳池的游戏中所做的那样。

最后，假设的行星可能经历同样数量的热逸出，也被称为牛仔裤逃逸。热逸只发生在较轻的分子，例如氢。火星在大气层顶部的热逸过程中失去了它的氢。在火星表面，只有当紫外线辐射的增加把更多的氢推到大气层顶端时，热逸才会增加。

总的来说，这些估计表明，在一个安静的m级恒星的宜居带边缘，而不是我们的太阳运行，可能会使地球的宜居时间缩短约5到20倍。对于一颗像袋獾一样活动的m星来说，可居住的时间可以被减少1000倍，仅仅是在地质条件下眨眼。仅太阳风暴就能使地球辐射强度比太阳活动强度高出数千倍。

然而，科学家认为，把火星放在一个m级恒星周围是一种特别具有挑战性的状态。一个不同的星球可能有一些缓和的因素——例如，活跃的地质过程，将大气补充到一定程度，磁场来保护大气不受恒星风的剥离，或者更大的尺寸，使更多的引力保持在大气中。

​要得到火星从太阳接收到的相同数量的星光，一个运行m型红矮星的行星必须比水星离太阳更近。

“宜居性是在天文学中最热门的话题之一,这些估计演示一种利用我们知道火星和太阳,以帮助确定因素控制其他系统中行星是否适合生活,”Bruce Jakosky称MAVEN在博尔德的科罗拉多大学的首席研究员。