太阳的中年危机可能帮助了地球形成陆基生命

英文作者:Bruce Dorminey

作者称其报道航天、天文学,并主持“宇宙争议播客”(The Cosmic Controversy Podcast)。

我们这颗45亿岁的黄矮星(yellow-dwarf star)曾经是一个桀骜不攘的狂妄者,年轻时比中年时活跃得多。但随着年龄和成熟度的增长,机会往往会随之而来,一篇新论文揭示了这是如何发生的。

在上个月发表在《天体物理学杂志通讯》(The Astrophysical Journal Letters)上的一篇论文中,作者认为,地球上的生命,以及可能存在于围绕着附近其他类日恒星的类地行星上的生命,可能受益于太阳磁跃迁到相对静止的过程。

该论文的第一作者、科罗拉多州戈尔登白矮星研究公司(White Dwarf Research Corporation)的天文学家特拉维斯·梅特卡夫(Travis Metcalfe)告诉我,我们确定了这种磁转换发生的年龄,对一颗类日恒星来说是26到37亿年之间的某个时间。

他说,这证实了太阳一定是在生命从海洋出现到陆地的同一时间进入到磁休眠的。他指出,这表明寻找复杂生命的最佳地点可能是处于生命后半段的恒星。

在论文中,梅特卡夫和他的同事详细描述了亚利桑那州大型双筒望远镜(LBT)对几颗类日恒星的光谱观测结果。作者写道,他们的目标是测量并限制大范围磁场的存在,从星光的偏振到精度小于0.01%。

为了帮助解释这种恒星转变,研究小组指出了一种被称为“磁制动”的过程。

梅特卡夫说,在类日恒星中,旋转与近表面沸腾运动(对流)的相互作用产生了磁场,这种机制被称为恒星发电机。但他说,类日恒星的自转速度会随着时间的推移而减慢,这是因为它们的恒星风与磁场相互作用的方式。

恒星从其表面流出的物质流。但由于这种材料是带电的,它沿着磁力线移动到一段距离,此时磁场变得太弱,无法影响它。在那里,它有效地脱离了磁场,带走了恒星的一些角动量,随着时间的推移,它逐渐变慢。这种所谓的“磁制动”类似于旋转的溜冰者伸出手臂来减速。

与对流运动相比,当一颗恒星的旋转变得太慢时,恒星发电机只能在更小的尺度上组织磁场。这些小规模的场与恒星风的相互作用不那么强,所以角动量损失很小,磁性制动也减弱了。

为什么这很重要?

梅特卡夫说,在开普勒太空望远镜观测到的老恒星中发现减弱的磁制动之前,天文学家假定磁制动在类日恒星的整个生命周期中持续存在。他说:“我们现在知道,故事的中间有一个情节转折,我们自己的太阳已经从正常的磁刹车过渡到减弱的磁刹车。”

太阳是什么时候进入这个转变阶段的?

梅特卡夫说,通过对其他类太阳恒星的观察,我们最好的估计是,太阳可能在数亿年前就进入了磁演化的新阶段。他说,这可能只是一个巧合,但这大概是地球上的生命从海洋出现到陆地的时候。

磁制动真的与生命的开始有关吗?

梅特卡夫说,减弱的磁制动是恒星形成和维持磁场的基本方式发生变化的结果之一。他指出,这种变化可能还会为任何轨道行星以及它们上存在的任何生命创造一个更稳定的“空间天气”环境。他说,这可能会增加复杂生命发展的机会,并促进技术文明的进步。

至于太阳演化是如何影响地球上生命的出现的呢?

梅特卡夫说,年轻的太阳经常用带电粒子和辐射轰击地球,这对在水下受到良好保护的生命来说不是什么问题。他说,如果向减弱磁制动的转变使地球的“空间天气”环境更适宜居住,那么复杂的生命可能开始在地球表面扎根。

底线是什么?

梅特卡夫说:“如果我们想要找到复杂的生命和其他科技文明,也许我们应该寻找处于生命后半段的恒星。”

我们这颗45亿岁的黄矮星曾经是一个桀骜不攘的狂妄者,年轻时比中年时活跃得多。但随着年龄和成熟度的增长,机会往往会随之而来,一篇新论文揭示了这是如何发生的。

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