紫外線能照亮整個宇宙的生命

【博科園-科學科普】紫外線是一種有爭議的輻射。一方面過度暴露會導致晒傷，增加患皮膚癌的風險，並損害一個人的視力和免疫系統。另一方面，它也有一些巨大的健康益處，包括促進減壓和刺激人體的自然生產維生素D，血清素和黑色素。

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藝術家對一顆紅矮星運行的行星表面的印象可能會出現。這顆行星位於宜居帶，所以液態水存在。然而來自恆星的紫外線輻射水平較低，阻止或嚴重阻礙了生命出現所需的化學過程。這導致地球上沒有生命。圖片版權：M. Weiss/CfA

根據哈佛大學和哈佛-史密森天體物理中心(CfA)的一項新研究，紫外線輻射甚至可能在地球生命的出現中發揮了關鍵作用。因此確定其他類型的恆星產生多少紫外線可能是找到生命跡象的關鍵之一。

這項名為「行星表面的紫外線環境，圍繞著M矮星的行星的表面紫外線環境:對生物前化學的影響和對實驗隨訪的需求」，最近發表在《天體物理學雜誌》上。在CfA的博士後研究員Sukrit Ranjan的帶領下，研究小組專註於m型(紅矮星)恆星，以確定這類恆星是否產生足夠的紫外線輻射來啟動生命所必需的生物過程。

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對行星表面的概念圖，接近b環繞紅矮星比鄰星，雙星阿爾法星AB在比鄰星的右上方可見。圖片：ESO

最近的研究表明，紫外輻射可能是形成核糖核酸(RNA)的必要條件，這對我們所知道的所有生命形式都是必要的。考慮到最近在紅矮星周圍發現的岩石行星的速度(包括Proxima b,LHS 1140b，以及trappist - 1系統的7個行星)，紅矮星發出的紫外線輻射可能是決定行星適居性的核心。

正如Ranjan博士在CfA新聞稿中解釋的那樣：

這就像有一堆木頭和火柴，想要生火但沒有火柴。我們的研究表明適量的紫外線可能是我們所知道的點燃生命的火柴之一。為了他們的研究，研究小組創造了紅矮星的輻射轉移模型。然後他們試圖確定那些環繞它們的生物前地球模擬行星上的紫外線環境是否足以刺激產生RNA的感光細胞。據此他們計算出，環繞m -矮星運行的行星，其生物活性紫外線輻射比年輕地球低100 - 1000倍。

因此依賴紫外線將化學元素和益生素條件轉化為生物有機體的化學物質可能會被關閉。另一方面研究小組估計，即使這種化學物質能夠在紫外線輻射水平的降低下進行，它的運作速度也會比數十億年前的地球慢得多。

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環繞紅矮星運行的行星的概念圖。圖片：ESO/M. Kornmesser

正如哈佛大學工程與應用科學學院(Harvard School of Engineering and Applied Science)的助理教授羅賓·華茲華斯(Robin Wordsworth)所解釋的那樣，這並不一定是壞消息，就像人們對習慣的問題一樣。「這可能是找到最佳平衡點的問題，他說需要有足夠的紫外線來觸發生命的形成，但不是那麼多，它會侵蝕地球的大氣層。

先前的研究表明，即使是冷靜的紅矮星也會經歷劇烈的耀斑，這些耀斑會周期性地用紫外能量轟擊它們的行星。雖然這被認為是危險的東西，它可能會剝奪軌道行星的大氣層和輻照生命，但這樣的耀斑可能會補償恆星穩定產生的較低水平的紫外線。

這一消息也出現在一項研究的後面，該研究表明trappist - 1系統的外部行星(包括位於其宜居帶內的三顆行星)可能仍有大量的表面水。在這裡，關鍵是紫外線輻射，負責這項研究的團隊監測了trappist - 1行星的大氣中氫損失的跡象(這是一種光解的信號)。

這項研究也讓人想起了阿維·勒布教授最近的研究，他是哈佛大學天文系系主任，理論與計算研究所所長，也是CfA的成員。Loeb和他的團隊認為生命作為宇宙時間的功能的相對可能性，他們得出的結論是，紅矮星最可能因其質量低、壽命長而導致生命的出現。

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這是在一個類似地球的系外行星表面看到的日落的概念圖。圖片：ESO/L. Cal?ada

與那些壽命較短的高質量恆星相比，紅矮星很可能在其主要序列中停留6到12萬億年。因此紅矮星肯定會在足夠長的時間內適應甚至是一個巨大的減速速率的有機進化。在這方面這項最新的研究甚至可能被認為是費米悖論的一個可能的解決方案——所有的外星人都在哪裡？他們還在進化！

但正如哈佛大學(Harvard)的菲利普斯(Phillips)教授、《生命起源》(Life Initiative)的負責人、該論文的作者之一——迪米特·薩塞洛夫(Dimitar Sasselov)所指出的那樣，還有許多懸而未決的問題。

我們在實驗室和其他地方還有很多工作要做，以確定包括紫外線在內的因素對生命的影響。」此外，我們需要確定生命能否在遠低於地球的紫外線水平下形成。

與以往一樣，在評估其他行星適居性時，科學家們被迫在有限的參考系下工作。據我們所知生命只存在於地球上(即地球)，這自然會影響我們對生命在何處和在何種條件下生存的理解。儘管正在進行研究，但關於生命如何在地球上出現的問題仍然是一個謎。

如果在一個繞著紅矮星運行的行星上，或者在我們認為不適宜居住的極端環境中發現生命，那就意味著生命可以在與地球截然不同的條件下出現和進化。在接下來的幾年裡，像詹姆斯·韋伯太空望遠鏡這樣的下一代太空望遠鏡是巨大的麥哲倫望遠鏡，預計將更多地揭示遙遠的恆星及其行星系統。

這項研究的結果可能包括對生命的出現以及它能在何種條件下茁壯成長的新見解。

參考：CfA，天體物理學雜誌

作者：Matt Williams

來自：Universe Today

編譯：中子星

審校：博科園

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