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▲一位艺术家关于太阳风暴袭击火星并从高层大气中剥离离子的艺术作品。来源: NASA
如果一颗类似火星的岩石行星绕着红矮星运行，那它还能宜居多久呢？这是个复杂的问题，但美国国家航空航天局的火星大气和挥发性进化任务（以下简称MAVEN）可以帮助回答。
科罗拉多博尔德分校大学大气与空间物理实验室教授、 MAVEN的合作调查员David Brain说：“MAVEN告诉我们，随着时间的推移，火星失去了大量大气，从而改变了这个行星的宜居性，因此我们可以利用熟知的火星来研究太阳系外的其它岩石行星。 ”当地时间的2017年12月13日，Brain在美国新奥尔良举行的美国地球物理联合会秋季会议上，详细阐述了这项研究。
MAVEN携带了一套自2014年11月以来一直在测量火星大气损失的仪器。在过去的三年中，太阳经历了其活动的高潮和低潮期，火星也经历了太阳风暴、太阳耀斑和日冕物质抛射等变化。这些变化的条件给MAVEN提供了观察火星大气逃逸的机会。Brain及同事开始考虑把这些应用到一个假想的围绕红矮星运行的类似火星的行星上，这是银河系中最常见的一种行星类型。
研究人员根据MAVEN的数据做了一些初步计算。与火星一样，他们假定这颗行星位于其恒星宜居带的边缘。由于红矮星的整体亮度比太阳更暗，宜居带上的行星离它的恒星比水星离太阳要近得多。
一颗红矮星在极端紫外线(UV)波长下的亮度与近地轨道的情况相结合，意味着这颗假想的行星将会受到比真实的火星多5到10倍的紫外线辐射，这增加了大气逸出过程所需的能量。
计算表明，这颗行星的大气可能会损失3到5倍的带电粒子，这一过程被称为离子逃逸。在光化学逃逸过程中，可能会损失约5到10倍的中性粒子，这是在UV辐射破坏上层大气分子的过程中发生的。
因为会产生更多的带电粒子，所以也会有更多的溅射，这是另一种形式的大气损失。当高能粒子加速进入大气层并撞击周围的分子时，会把这些分子撞击至太空中，当其它粒子撞向其周围粒子时，就会发生溅射，就像台球比赛中的球杆击球的方式一样。
最后，这个假设的行星可能会经历同样数量的热逃逸，也被称为“金斯逃逸”。热逃逸只发生在较轻的分子上，如氢。火星在大气层顶部的热逃逸过程中失去了氢。在火星表面，只有当紫外线辐射的增加将更多的氢推向大气顶部时，热逃逸才会增加。
总之，这些估算表明，处于一个安静的M型恒星的宜居带边缘轨道上，可能会使这颗行星的宜居期缩短约5到20倍。对于一颗活跃的M型恒星来说，这一宜居期可减少约1000倍。
科罗拉多大学博尔德分校、MAVEN的首席研究员Bruce Jakosky说：“宜居性是天文学中最重要的话题之一，这些估计证明了我们可以利用对火星和太阳的了解，来确定其它星系里的行星是否适合生存。”
科界原创
编译：贺利利 编辑：程建兰 张梦
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