紅矮星

紅矮星，根據赫羅圖，在眾多處於主序階段的恆星當中，其大小及温度均相對較小和低。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於太陽的三分一，表面温度也低於3,500K。釋出的光也比太陽弱得多，有時更可低於太陽光度的萬分之一。

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，它們比太陽更加暗淡。由於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。

質量小也就意味着星體內部的核反應較弱，所以紅矮星發出的輻射很弱，要低於太陽輻射強度的5%，有的甚至不到太陽輻射強度的萬分之一。一顆恆星的輻射包含了從紅外到紫外的所有波段，不過隨着恆星温度的變化，輻射能量集中的波段會發生變化。一般來説，温度高的恆星輻射能量集中在偏藍色的波段，温度低的則偏紅色，因此紅矮星看起來顏色偏紅。不過本應發出闇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。

由於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，內部產生的壓力和温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。

由於體積和亮度的原因，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，也會由於它們之間相距過近，行星完全被紅矮星“ 鎖定”，就如同月球被地球鎖定一樣。行星將只有一面向着它的“ 太陽”，也就是紅矮星。而另一面永遠處於黑暗之中。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，於是，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。

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説，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，儘管引力作用會逐漸使行星以固定的一面對着紅矮星、另一半得不到光照，但空氣流動能傳遞熱量，使行星背陰面也温暖有如夏夜。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，太陽已經再只能支持地球生命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，把地球烤焦併吞噬。

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”。對於紅矮星來説，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。對於多數紅矮星，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，月球自轉的週期和繞地球公轉的週期是相同的，所以永遠是一面向着地球，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。

開始科學家們擔心，永遠是黑夜的半球温度太低，會使得行星的大氣凍結，這樣即使是向着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佈開，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。在那幾分鐘內，恆星由紅色變成了藍色，這麼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。

由於上述這些原因，過去天文學家在搜索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。天文學家注意到，強烈的高能輻射主要是年輕恆星發出來的，隨着紅矮星年齡增長，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，那麼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。

美國宇航局於2014年4月17日宣佈，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位於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。

據科學新聞網站報道，目前，美國宇航局戈達德太空飛行中心科學家弗拉基米爾-艾拉佩蒂安(Vladimir Airapetian)表示，最新研製的一個計算機模型可以評估出紅矮星周圍系外行星離氧子的逃逸速度，這對於探測系外行星可居住性具有重要作用。這項最新研究報告發表在近期出版的《天體物理學雜誌快報》上。

艾拉佩蒂安博士稱，如果我們希望發現一顆能夠形成和維持生命的系外行星，我們必須計算分析出它們的親源恆星，必須更近一步地理解我們需要的親源恆星。為了探測一顆恆星的宜居帶，通常天文學家分析該恆星釋放的熱量和光線。

比太陽質量更大的恆星會製造更多的熱量和光線，因此恆星宜居帶將更遠一些，而比太陽質量更小的寒冷恆星的宜居帶範圍較小一些。恆星釋放熱量和可見光、釋放X射線和紫外線輻射、以及製造耀斑和日冕物質拋射等，都統稱為太空氣象。 ^[1] 

人們可憑着紅矮星的悠長壽命，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，脱離主序星階段的恆星較多，剩下的主序星之質量也較低，惟人們找不到任何脱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，半人馬座的南門二比鄰星，便是一顆紅矮星，其光譜分類為M5，視星等11.0。

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600萬公里（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着另一顆紅矮星旋轉，這顆行星的日距為3.9億公里（2.6 AU），表面温度為攝氏零下220°C。

2007年4月份，歐洲南方天文台的天文學家就曾宣佈，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，表面温度可能介於0℃～40℃之間，恰好允許液態水存在於它的表面。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。

科學家們將對位於北天球的約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”存在於所謂的“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”的幾率只有大約百分之一。

儘管需要對近2000顆紅矮星進行觀測，但參與MEarth計劃的科學家們指出，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。

科學家們希望能在其附近找到中轉行星，是指從地球上看，會週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計劃的過程中，科學家們計劃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。