MAVEN任务揭示了遥远行星的可居住性

一位艺术家的演绎描绘了一场太阳风暴袭击了火星，并从高层大气中剥离了离子。

如果一颗类似火星的岩石行星绕着一颗红色矮星运行，将可以居住多久？这是一个复杂的问题，但美国宇航局的火星大气与挥发性演变任务可以帮助回答这一问题。

“ MAVEN任务告诉我们，火星会随着时间的流逝而失去大量的大气层，从而改变了地球的可居住性，”科罗拉多大学博尔德分校大气与空间物理实验室的研究员，科学家马文（David Brain）说道。“我们可以使用火星这个众所周知的行星作为研究我们太阳系之外的岩石行星的实验室，而我们对此还不了解。”

在2017年12月13日于美国路易斯安那州新奥尔良举行的美国地球物理联合会秋季会议上，布赖恩（Brain）描述了如何将MAVEN任务的见解应用于绕其他恒星运行的岩石行星的宜居性。

自2014年11月以来，MAVEN携带着一套测量火星大气损失的仪器。研究表明，随着时间的流逝，火星通过化学过程和物理过程的结合将大部分大气层失去了空间。选择航天器的仪器来确定每个过程对总逃逸的贡献。

在过去的三年中，太阳经历了更高和更低的太阳活动，火星也经历了太阳风暴，太阳耀斑和日冕物质抛射。这些不同的条件为MAVEN提供了观察火星大气逃逸的机会。

Brain和他的同事开始考虑将这些见解应用于假想的类似于火星的行星，该行星围绕某种类型的M恒星或红矮星围绕着，这是我们银河系中最常见的恒星。

研究人员根据MAVEN数据进行了一些初步计算。与火星一样，他们认为这颗行星可能位于其恒星宜居区域的边缘。但是，由于红色矮星总体上比我们的太阳要暗，所以在宜居区域中的一颗行星的运行轨道必须比水星与太阳的轨道更接近其恒星。

矮红星在极端紫外线（UV）波长下的亮度加上近轨道，将意味着假想的行星受到的撞击比真正的火星受到的紫外线辐射多5到10倍。从而增加了可用于向大气逃逸过程提供能量的能源。根据MAVEN所学到的知识，Brain及其同事估计了紫外线逃逸过程中个体逃生过程的反应。

他们的计算表明，行星的大气层可能损失掉3至5倍的带电粒子，这一过程称为离子逃逸。通过称为光化学逸出的过程，中性粒子可能损失约5至10倍，这是在紫外线辐射将高空大气中的分子分解时发生的。

因为会产生更多的带电粒子，所以还会有更多的溅射，这是大气损耗的另一种形式。当高能粒子加速进入大气层并撞击周围的分子时，就会发生溅射，将其中的一些分子踢出太空并让其他的分子撞击到邻居中，就像母球在撞球游戏中那样。

最后，假设的行星可能会经历大约相同数量的热逸散，也称为牛仔裤逸散。仅对于较轻的分子（例如氢）才会发生热逸出。火星通过在大气层顶部的热逸散而损失了氢。在外火星上，仅当紫外线辐射的增加将更多的氢推到大气层顶部时，热逸散才会增加。

总体而言，这些估计表明，在一颗安静的M级恒星而不是我们的太阳的宜居区域边缘绕轨道运行，可能会使该行星的宜居周期缩短大约5到20倍。对于一个像塔斯马尼亚恶魔般活跃起来的M明星，其可居住时间可以缩短约1,000倍，从地质学角度讲，它只需眨眼即可。仅太阳风暴就可以使地球爆炸，其辐射爆发的强度比太阳正常活动的辐射强度高数千倍。

为了获得与火星从我们的太阳那里接收到的相同数量的星光，一个绕着M型红矮星运行的行星必须被定位成比水星离太阳更近于它的恒星。学分：美国宇航局的戈达德太空飞行中心

但是，布赖恩和他的同事们认为，将火星放在M级恒星周围会给居住环境带来特别挑战。不同的行星可能具有一些缓解因素，例如，活跃的地质过程使大气层补充了一定程度，磁场保护着大气层免受恒星风剥夺，或者更大的大小赋予了更大的重力来保持大气层。气氛。

“可居住性是天文学中最大的主题之一，这些估计值证明了一种利用我们对火星和太阳的了解来帮助确定控制其他系统中的行星是否适合生活的因素的一种方法，” Bruce Jakosky说， MAVEN在科罗拉多大学博尔德分校的首席研究员。

MAVEN的主要研究人员位于科罗拉多大学博尔德市大气与空间物理实验室。该大学为任务提供了两种科学仪器，并负责科学操作以及教育和公众宣传。NASA位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心负责管理MAVEN项目，并为此次飞行任务提供了两种科学仪器。