最近,大学地球系统科学研究中丰教授研究发现含水量接近地球的类地存在矮星宜居带内的概率极低,因此太阳类型恒星才是搜寻宜居的最佳目标。2月16日在《自然-地球科学》(Nature Geoscience)上发表了以田丰为第一作者和通讯作者的题为“红矮星周围类地的水含量”(Water contents of Earth-mass planets around M dwarfs)的研究论文,东京理工学院地球-生命研究所的井田茂教授是该论文的另外一位作者。
太阳附近的恒星大多是小于0.5太阳质量的红矮星,因为质量和体积小,这些恒星周围的宜居更容易被视向速度法或掩星法发现,因此目前美国NASA已批准主要目标是红矮星的系外搜寻计划TESS。但是田丰教授和井田茂教授有不同的看法。
太阳类型恒星在其形成后的最初一亿年内的亮度变化不大;与此对比,红矮星的亮度在这一阶段可以减少10倍以上。此前还没有人研究红矮星的亮度变化对类地水含量的影响。田丰和井田茂对不同质量的前主序恒星周围类地的形成和水含量演化开展了计算机模拟。
二图分别显示0.3和1太阳质量恒星宜居带内不同水含量的类地的个数。两条竖虚线表示和地球的大气和海洋水含量。不同颜色的条带表示不同水逃逸的情形。从二图的对比可以看出恒星质量对类地水含量的决定性影响:太阳类型恒星宜居带内出现水含量接近地球的类地的概率比红矮星宜居带出现类似的概率高10到100倍。
计算结果发现:在1000颗0.3太阳质量恒星周围存在6万9千颗,其中5千颗的质量在0.1到10地球质量范围,这些类地中55颗位于恒星主序阶段的宜居带内;而这些中有31颗海洋,23颗沙漠,只有1颗水含量接近地球。
在1000颗0.5太阳质量恒星周围存在7万5千颗,其中9千多颗是类地,类地中292颗位于恒星主序阶段的宜居带内;而这些中有60颗海洋,220颗沙漠,另外12颗水含量接近地球。
与此对比,在1000颗1太阳质量恒星周围存在3万8千颗,其中8千颗是类地,类地中407颗位于恒星主序阶段的宜居带内;除掉 91颗海洋和45颗沙漠,这些中的绝大多数(271颗)是水含量接近地球的类地。因此太阳类型恒星宜居带内出现水含量接近地球的类地的概率比红矮星宜居带出现类似的概率高10到100倍。