[科普中国]-红矮星

红矮星(red dwarf)是指表面温度低、颜色偏红的矮星，尤指主序星中比较“冷”的M型及K型恒星，这些恒星质量在0.8个太阳质量以下，105个木星质量以上，表面温度为2,500至5,000K。除太阳外最接近地球的恒星比邻星（Proxima Centauri)便是一颗红矮星。

简介所谓红矮星，也就是M型主序星（MV），根据赫罗图，“红矮星”在众多处于主序阶段的恒星当中，其大小及温度均相对较小和低，在光谱分类方面属于M型。它们在恒星中的数量较多，大多数红矮星的直径及质量均低于太阳的三分一，表面温度也低于3,500K。释出的光也比太阳弱得多，有时更可低于太阳光度的万分之一。又由于内部的氢元素核聚变的速度缓慢，因此它们也拥有较长的寿命。红矮星的内部引力根本不足把氦元素聚合，红矮星不会膨胀成红巨星，而逐步收缩，直至氢气耗尽。

红矮星，其实是一种体积不太大的恒星，通常它们的质量都不会超过太阳的一半。我们的银河系（也许所有星系都是如此）中70% 的恒星都是红矮星，它们比太阳的体积小，温度低，也更加暗淡。由于辐射出的光芒实在是太为微弱，如果不借助天文望远镜，我们不可能看到任何一颗红矮星。科学家们计划寻找的行星正是处于这样的恒星周围。

据介绍，当“超级类地行星”运行到红矮星与地球之间时，会发生类似日食一样的效应：红矮星发出的光线会被阻挡住一部分，而不同的行星由于体积和其与恒星的距离都不相同，因此能阻挡住的光线数量也会存在明显差异。因此，通过观测红矮星亮度的变化并参考其他因素，科学家们便能够估算出行星的大小以及与恒星的距离，进而确定其表面的温度等重要数据。

其实早在2007年4月份，欧洲南方天文台的天文学家就曾宣布，他们在距离地球20.5光年的红矮星－－Gliese581－－的周围，发现了迄今与地球最为相似的太阳系外行星。这颗行星的质量约为地球的5倍，表面温度可能介于0℃～40℃之间，恰好允许液态水存在于它的表面。这是科学家在太阳系外首次发现可能适合人类居住的行星。

显示特点红矮星是一类体积较小、质量不超过太阳三分一的小型恒星。科学家们希望能在其附近找到所谓的“中转行星”。所谓“中转行星”，是指从地球上看，会周期性地遮挡住部分恒星光芒的一类行星。通常情况下，因“中转行星”引起的类似日食的现象会阻断住恒星所发出的大约一半光线。而由此导致的恒星亮度的变化可以被地球上的观测者们所记录到。在实施“MEarth”计划的过程中，科学家们计划动用八台大型光学望远镜进行观测活动，已经有五台投入了使用。

Gliese 581c这颗星球距离地球足有20光年之远，并选择以它附近的一颗红矮星作为轨道中心旋转。这是由于红矮星的数量很多，所以很多行星都选择红矮星作为轨道旋转中心。又因为红矮星的光线非常暗，所以围绕它旋转的这颗行星不会被星光所淹没，这样这颗行星发出的光线就很容易的被测量到。

这颗行星经研究存在于红矮星周围的一个可居住区，通过天文望远镜可观测到这颗行星的表面存有一个亮点，这个亮点即星球表面存在有液体水的地方。这片可居住区距离冷星的距离与地球距离太阳一样远。据天文学家表示，这颗在红矮星可居住区域存在的行星，围绕红矮星公转的时间为两周。由于这颗行星离红矮星十分近，所以在观察的时候这颗行星与红矮星会同时出现在观察者的视线范围内，而且能够被很容易的观察到。

天文学家研究表示，他们发现宇宙中的紫外线实际上会使氧分子分离，甚至还能够创造出很多的臭氧分子。经研究，在这颗行星的大气层上空覆盖有一层厚厚的臭氧层，这样就阻止了过多的紫外线照射到行星的表面。但是，当红矮星静止存在时，紫外线就会相对减弱，防止紫外线的臭氧层也就会慢慢消失。

理论依据1、围绕着一颗叫Gliese 581的红矮星运转。它们之间的距离为0.07个天文单位，正好能确保581c生成液态水并把水保持在表面。

2、如果它拥有地球一样的岩石结构，直径可能是地球的1.5倍。如果是个“冰球”，直径可能会更大。研究者估计，581c的重量大约是地球的5倍，表面温度为0－40摄氏度。

3、581c围绕的恒星581，其质量是太阳的1/3，亮度只有太阳的1/50。所以它制造的“金发地带”比太阳小。如果它尺寸、热量和太阳一样，。

4、581c发现者之一、里斯本天文台的泽维尔·庞菲尔斯说，欧洲天文学家小组使用一种称为HARPS(高精度径向速度行星搜寻光谱仪)仪器观测了100颗不同的恒星，最终发现了581c行星。

5、581c环绕恒星公转一圈只要13天，你的年龄也会增加得更快。

6、581c上的重力加速度是地球上的1.6倍，坐在上面，你会感觉自己的体重增加了0.6倍。

7、581c距离它的恒星581的距离为地球离太阳的距离的1/14，从581c上看，恒星在天空中的大小要比我们在地球上看到的太阳大20倍，而且会受到红矮星的大量辐射。

8、581c很可能被潮汐锁定，这样它的一半一直是白天，另一半一直是黑夜。

9、581c距离地球约20.5光年，相当于120万亿英里。从银河系的概念上来看，距离地球不算远，581c也是距离地球最近的100颗行星之一。

专家看法科学家们将对位于北天球的约2000个红矮星进行观测。通过分析这些天体亮度的变化程度，研究人员将能够计算出是否有质量在地球二至七倍之间的“中转行星”存在于所谓的“生存区域”中(该区域与中心恒星的距离适中，有可能创造出与地球上类似的环境)。虽然观测对象众多，但据专家们估计，在上述红矮星附近观测到“中转行星”的几率只有大约百分之一。

尽管需要对近2000颗红矮星进行观测，但参与“MEarth”计划的科学家们指出，这项工作的投资并不需要很大，因为所动用的设备都是现成的，无需再向太空发射空间望远镜。

此前，科学家们已经在一颗编号为Gliese 581的红矮星附近发现过一颗很可能适宜于生命存在的行星。专家们认为，这颗编号为581с的行星或许就是“第二个地球”。

据测量，该行星的表面温度与地球相当，其上可能还有水存在。此外，该行星与恒星的距离也非常理想，各种条件很适合生命的存在。

由恒星中最小的一类红矮星形成的恒星行星系统，过去科学家们认为那儿的环境险恶，不可能诞生任何生命。而银河系中大约有75%的恒星是红矮星，这些天体过去一直被寻找外星生命的科学家忽略过去了。但最近这种看法有了改变，科学家认为围绕红矮星的行星成为生命摇篮的可能性还是存在的。

现在判断有水为时过早，科学家迄今一共发现了220个太阳系以外的外部行星，但它们要么太大、由气体构成，要么太热或太冷，不适合生命居住。天体生物学家(负责研究宇宙生命可能性的科学家)把适宜居住的气候带称为“金发地带”，那里温度没有低到使水结冰，也没有热到把水蒸发掉，而是在星球表面以液体形态存在。

581c围绕的恒星581，其质量是太阳的1/3，亮度只有太阳的1/50。以太阳系中靠近太阳的水星为例，它和太阳的距离是581c和581之间距离的近六倍，白天是一个布满滚烫岩石的荒凉石块，晚上又变成冰盒子。太阳的宜居范围是从距它约8800万英里到约1.55亿英里，地球和火星就在这个范围内。

难以推测是否存在生命。但是，“可以居住”并不意味着“有生物居住”。目前还难以推测581c上是否存在生命。如果有生命，它们必须应对相对更大的重力和红矮星发出的辐射。

美国航空航天局前天文学家史蒂夫·马朗认为，现在判断581c有没有水还为时过早。著名天体物理学家霍金在接受采访时表示:“我预料到会有类似地球的行星，不过，那里是否存在生命是另一个问题。毕竟，至今还没有外星人拜访过我们。”

生命摇篮恒星小弟：

银河系中大约有75%的恒星是红矮星。所谓的红矮星是指质量最小的一类恒星，它们的质量一般只是太阳质量的7%到60%。质量小也就意味着星体内部的核反应较弱，所以红矮星发出的辐射很弱，要低于太阳辐射强度的5%，有的甚至不到太阳辐射强度的万分之一。核反应弱也导致表面温度较低。一颗恒星的辐射包含了从红外到紫外的所有波段，不过随着恒星温度的变化，辐射能量集中的波段会发生变化。一般来说，温度高的恒星辐射能量集中在偏蓝色的波段，温度低的则偏红色，因此红矮星看起来颜色偏红。不过本应发出暗弱红色光的红矮星有时在自身磁场的作用下会出现反常的现象，它们会发出强烈的X射线和紫外波段的辐射，并且常出现耀斑活动。

由于红矮星内部氢元素的核聚变速度缓慢，因此它们也拥有较长的寿命。另外，因为红矮星的体积小，引力也相对较小，内部产生的压力和温度不足以把氦聚合成更重的元素，因此也就不可能膨胀成红巨星，而是逐步收缩，直至把氢耗尽。也因为这个缘故，一颗红矮星的寿命可多达数百亿年，几乎和宇宙的年龄一样长。

度尽劫，育生命：

因为地球生命离不开液态水，假如一个星系要想拥有与地球上人和其它高级动植物一样的生命形式，首先必须要有一个既不太冷也不太热、有可能存在液态水的区域，这种区域我们称之为“适宜居住带”。对于红矮星来说，它们发出的光太弱了，所以它们的适宜居住带距离恒星自己都非常近，唯有如此，才能从红矮星那儿得到更多的热量。对于多数红矮星，适宜居住带到恒星的距离都要比水星到太阳的距离还近。

但距离一近会导致一个严重的后果。我们都知道，月球自转的周期和绕地球公转的周期是相同的，所以永远是一面向着地球，这是它受到地球潮汐力长期作用的结果。同样，距离恒星非常近的行星也会被潮汐力施了“定身法”，出现这种“阴阳脸”永不改变的现象。所以，红矮星附近适宜居住带上的行星永远都是一面朝向恒星的，一个半球永远是白天，而另一半球永远是黑夜。

开始科学家们担心，永远是黑夜的半球温度太低，会使得行星的大气冻结，这样即使是向着恒星有光照射的一面也没留下多少空气可供生物呼吸了。不过后来的研究显示，大气流动可以有效的把热量散布开，从而阻止全球的空气冻结。 虽然大气冻结不用担心了，不过生命要想在红矮星的行星上生存还有别的难关要过。红矮星每天几次的耀斑出现时，紫外辐射会瞬间增强几百到上万倍。在那几分钟内，恒星由红色变成了蓝色，这么强烈的紫外线会杀死行星上的一切生命。唯一的生存机会是躲在黑暗的半球，或是黑夜与白昼交界的地带。

还有，即使不考虑耀斑，红矮星平时的紫外辐射和发出来的高能带电粒子，也会把行星的大气吹跑。如果行星大气得不到有效的保护或者补充的话，迟早会消失掉。

由于上述这些原因，过去天文学家在搜索太阳系外生命的时候往往跳过这些黯淡的小恒星，因为他们认为这类恒星周围的行星并不适合生命居住。

但是，这样的观念有了一些改变。天文学家注意到，强烈的高能辐射主要是年轻恒星发出来的，随着红矮星年龄增长，它们的磁场活动会变得越来越弱，开始稳定地发出可见光波段的辐射。这样的稳定阶段可达数百亿年甚至更长。

所以，如果一颗行星能熬过红矮星狂野的年轻时代，保持住自己的大气，那么当红矮星进入稳定的中年，行星将获得新生，完全可能成为一个合适的生命居住地。

美国宇航局于2014年4月17日宣布，天文学家发现迄今为止与地球最相似行星。①围绕一颗距地球约500光年的红矮星运行②位于可保有液态水的宜居带外层③体积约为地球的1.1倍。研究人员认为，新发现首次证实恒星宜居带中确实存在接近地球大小行星，可能会找到外星生命迹象。

其它资料人们可凭着红矮星的悠长寿命，来推测一个星团的大约年龄。因为同一个星团内的恒星，其形成的时间均差不多，一个较年老的星团，脱离主序星阶段的恒星较多，剩下的主序星之质量也较低，惟人们找不到任何脱离主序星阶段的红矮星，间接证明了宇宙年龄的存在。人们相信，宇宙众多恒星中，红矮星占了大多数，大约75%左右。例如离太阳最近的恒星，半人马座的南门二比邻星，便是一颗红矮星，其光谱分类为M5，视星等11.0。

至2005年，人们首度在红矮星身上，发现有太阳系外行星围绕旋转，第一颗行星的质量与海王星差不多，日距约为600万公里（0.04 AU），其表面度约为摄氏150°C。2006年，人们又发现一颗与地球差不多的行星绕着另一颗红矮星旋转，这颗行星的日距为3.9亿公里（2.6 AU），表面温度为摄氏零下220°C。

意外发现当我们抬起双眼，仰望夜空的时候，我们其实遗憾地错过了银河系中数量最多的一类恒星，即红矮星。我们的银河系（也许所有星系都是如此）中70% 的恒星都是红矮星，或者叫做M 型矮星，它们比我们旁边的这颗光芒四射的太阳的体积小，温度低，也更加暗淡。它们的光芒实在是太微弱了，如果不借助天文望远镜，我们不可能看到任何一颗红矮星。

美国天体物理学家在太阳系边缘发现一颗新的恒星，该恒星编号为SO25300.5+165258——一颗位于白羊座方向离开太阳仅为7.8光年的黯淡红矮星。美国宇航局戈达德航天飞行中心天体物理学家博纳德·捷尔加登博士指出：“发现这颗恒星邻居使我们感到十分惊喜而且非常意外，因为我们完全没有刻意寻找它，发现它纯属偶然。”帮助捷尔加登博士工作的还有美国宇航局喷气推进实验室的史蒂文·普拉弗多博士。

如果计划的新研究证实最初的距离测量，则这颗新恒星将是继阿尔法半人马星座（Proxima Centauri，距太阳仅4光年多一点）和巴纳德恒星（距离地球仅为6光年）之后的第三颗最接近太阳的邻居。

计算结果表明，发现的这颗红矮星质量约为太阳质量的70%，而其亮度要比太阳亮度弱30万倍。正是因为这一缘故，地球上的天文学家才一直没有发现它。

相关资料目前并非所有观察数据都能使天文学家感到满意，例如，尽管SO25300.5+165258很像М6.5类红矮星，却仍然是一颗新恒星，由于某种原因，它的亮度比距离地球7.8光年М6.5类红矮星典型代表亮度弱3倍，因此天文学家不排除这样的可能性，即在检验测量结果之后查明这颗新恒星的距离会有些变大。

现在，美国海军天文台天文学家正在重新检验美国宇航局天体物理学家获得的，有关这颗新恒星距离和亮度的数据。

科学研究由于体积和亮度的原因，长期以来，很少有天文学家投身到红矮星的科学研究中。几十年来，科学家认为红矮星附近根本不可能有智慧生命。假如红矮星周围有行星围绕，也会由于它们之间相距过近，行星完全被红矮星“ 锁定”，就如同月球被地球锁定一样。行星将只有一面向着它的“ 太阳”，也就是红矮星。而另一面永远处于黑暗之中。因此，这个行星上将出现极端恶劣的环境，在黑夜的一面任何大气气体都将被冻住，白昼的一面却完全暴露在恒星射线的照射之下。难以想像，这样的行星环境会有生命存活，于是，红矮星几乎毫无争议地被排除在地外生命探索目标的名单外。

但是最近，又有美国科学家提出，红矮星可能更适合孕育生命。美国维拉诺瓦大学的科学家最近在美国天文学会的一次学术会议上说，他们计算了20颗红矮星的辐射，发现如果一颗行星的大气层和磁场足以散射和反射有害射线，其环境就适合生命存在。此外，尽管引力作用会逐渐使行星以固定的一面对着红矮星、另一半得不到光照，但空气流动能传递热量，使行星背阴面也温暖有如夏夜。红矮星上的核聚变很缓慢，这使它们的寿命非常长，可以保持几十亿年甚至更长久的稳定状态，这对生命发展是有利的。与之相比，太阳已经再只能支持地球生命15亿年（太阳正在以每一亿年百分之一的速度变大，变热），此后将膨胀变成红巨星，把地球烤焦并吞噬。

发现意义人类未来太空航行首选目标

“因为581c的温度和相对来说的相似性，这个行星可能成为未来寻找宇宙生物的太空计划的重要目标。”参与研究的科学家泽维尔·德佛希说。不过，要揭开581c的神秘面纱，还需要全球科学家长期的努力。遥远的距离是一个问题。尽管581c行星的恒星系距地球仅20.5光年远，使得Gliese 581是距地球最近的100颗恒星中的一颗，但是它发出的光非常暗淡，不用望远镜根本无法看到它。它位于天秤座，在北半球进入半夜时，天秤座处于东南夜空中较低的位置。美国天文学会发言人史蒂夫·马兰说:“我们不清楚在人的一生中如何才能到达那些地方。”

其次，任何踏上581c行星的人都会很快变重，年龄也会飞涨，因为581c行星的“一年”只有12.9天。它的地心引力是地球的1.6倍，这样的话，一个150磅重的人会觉得自己有240磅重。

581c不会旋转，它的一侧总是处于被日光照射的状态，另一侧却黑暗无光，上述推测只是一种可能，是否准确尚不得而知。

新行星的发现，意味着Gliese 581将成为人类未来太空航行的首选目标。哈佛·史密森天体物理学中心的天文学家迪米塔·萨瑟罗夫(Dimitar Sasselov)表示:“这颗新行星距离地球仅有20光年，我们完全有能力到达。” 欧洲航天局的马尔科姆·弗里伦德博士认为，这次发现是人类搜寻宇宙生命的一个重要里程碑。它的真正意义不仅在于发现了581c本身，还表现为像地球一样的行星可能在宇宙中非常常见。

一些天文学家认为，此次发现肯定会引发对暗弱恒星周围的行星的关注。哈佛大学史密森天体物理中心的科学家蒂米塔·萨斯罗夫指出，像围绕581这样的红矮星旋转的行星可能“完全改变关于什么构成宜居星球的讨论”，地球附近大约80%的恒星都是红矮星。就在几年前，天文文学还认为红矮星周围的行星系统不可能是生命的栖居地。而在这次研究中，90%的时间也都用在观测与太阳类似的星系上，没想到在一个暗弱的红矮星身边找到了突破口。NASA宇宙生物学专家克里斯·麦凯表示，天文学家将来还会发现数十个，甚至成百个宜居星球，但581c在宇宙史上将占据第一的位置。

格雷司581（格利泽581）是天秤座里的一颗红矮星，距地20.3光年，其大小大概是太阳的三分之一。据推测该星据有4颗行星，分别是格雷司b, c, d, e。在2007年，日内瓦天文台的Stéphane Udry发现了格雷司d。2009年科学家们宣称这颗行星位于该红矮星的适居带，因为他们发现该行星上面可能有水的存在。该星被称为是“超级地球”，其质量约比地球质量大7-14倍。大至上讲，行星格雷斯 581 d上的阳光大概是地球上阳光的30%。这就意味这颗行星对于生物来说，可能有点冷了。但实际上，其大气的温室效应能够显著提高其地表温度的。并且，格雷司的 581 d行星还被列入了海洋行星最佳候选人。其表面，可能被一个深海所覆盖。

在2008年10月，人们向格雷司 581d行星发射了一个高能数字广播信号。该信号被命名为“来自地球的一则消息”，其中包含了501条来自于社交网站Bebor 的信息。这则消息最终是利用乌克兰国家宇航局的RT-70号雷达望远镜发射的。它现在正在飞向格雷斯581d行星，预计2029年上半年就能抵达该星。由于，人们已经发现该星极有可能含有水与生命，因此在因特网上掀起了一场名为“来自地球的拜访”的活动，总共收集了25，880条来自世界上195个国家的消息，并且于2009年8月28日发向了格雷司 581d星。预计消息从地球抵达格雷司 581d星需要21年。

美国天文学家最近提出，围绕红矮星运转的行星，可能很适合孕育生命。由于宇宙中大多数恒星是红矮星，地外生命存在的机会可能比人们原先认为的大得多。

红矮星是一类质量小、表面温度低、颜色发红的恒星，质量通常不足太阳的三分之一。银河系恒星中约有75%是红矮星，与太阳距离最近的恒星比邻星就是一颗红矮星。

科学家说，尽管引力作用会逐渐使行星以固定的一面对着红矮星，而另一半完全得不到光照，但空气流动能传递热量，使行星背阴面也能保持温暖。

科学家介绍说，红矮星上的核聚变很缓慢，这使它们的寿命非常长，可以保持几十亿年甚至更长久的稳定状态，这对周围行星上的生命发展是有利的。与之相比，太阳大约只能再支持地球生命50亿年，此后将膨胀变成红巨星，把地球烤焦并吞噬。

1

最新发现研究称红矮星的宜居行星可能面临“缺氧”

据科学新闻网站报道，目前，美国宇航局戈达德太空飞行中心科学家弗拉基米尔-艾拉佩蒂安(Vladimir Airapetian)表示，最新研制的一个计算机模型可以评估出红矮星周围系外行星离氧子的逃逸速度，这对于探测系外行星可居住性具有重要作用。这项最新研究报告发表在近期出版的《天体物理学杂志快报》上。

艾拉佩蒂安博士称，如果我们希望发现一颗能够形成和维持生命的系外行星，我们必须计算分析出它们的亲源恒星，必须更近一步地理解我们需要的亲源恒星。为了探测一颗恒星的宜居带，通常天文学家分析该恒星释放的热量和光线。

比太阳质量更大的恒星会制造更多的热量和光线，因此恒星宜居带将更远一些，而比太阳质量更小的寒冷恒星的宜居带范围较小一些。恒星释放热量和可见光、释放X射线和紫外线辐射、以及制造耀斑和日冕物质抛射等，都统称为太空气象2。

本词条内容贡献者为:

杨荣佳 - 教授 - 河北大学