為了尋找外太空的生命，天文學家首先需要知道在哪里尋找。西北大學的一項新研究將幫助天文學家縮小搜索范圍。

該研究小組是第一個將3-D氣候模擬與大氣化學結合起來以研究M 矮星周圍行星的宜居性的行星，這些矮星約占銀河總人口的70%。通過使用該工具，研究人員通過考慮恒星的輻射和行星的自轉速率，重新定義了使行星適合居住的條件。

在調查結果中，西北研究小組與科羅拉多大學博爾德分校，美國宇航局虛擬星球實驗室和麻省理工學院的研究人員合作，發現只有繞動恒星運行的行星，這些恒星會發出大量的紫外線(UV)輻射，蒸發掉大量水。不活躍或安靜的恒星周圍的行星更有可能維持維持生命的液態水。

研究人員還發現，具有薄臭氧層的行星，其原本就可以適應的表面溫度，會受到危險的紫外線劑量，這對復雜的表面生命是有害的。

該研究的第一作者西北大學的霍華德·陳說：“對于人類的大多數歷史而言，生命是否存在于其他地方的問題僅屬于哲學領域。” “只是近年來，我們才有了建模工具和觀測技術來解決這個問題。”

研究的資深作者丹尼爾·霍頓補充說：“仍然有很多恒星和行星，這意味著有很多目標。” “我們的研究可以幫助限制我們必須指向望遠鏡的地方數量。”

這項研究將于11月14日在線發表在《天體物理學雜志》上。

霍頓(Horton)是西北大學溫伯格文理學院的地球與行星科學助理教授。陳博士 西北氣候變化研究小組的候選人和美國宇航局的未來調查員。

“金發姑娘區”

為了維持復雜的生命，行星需要能夠保持液態水。如果行星離恒星太近，那么水將完全蒸發。如果行星離恒星太遠，則水將凍結，并且溫室效應將無法使表面保持足夠的生命。這個Goldilocks地區稱為“恒星宜居區”，這是賓夕法尼亞州立大學的James Kasting教授創造的一個術語。

研究人員一直在努力弄清楚，對于一個星球來說，要維持液態水太近了。換句話說，他們正在尋找可居住區域的“內部邊緣”。

陳說：“我們太陽系的內緣在金星和地球之間。” “金星不可居住;地球可居住。”

Horton和Chen正在尋找我們太陽系以外的地方，以查明M矮星體系統中的可居住區域。由于M矮行星數量眾多且更易于查找和調查，因此它們已成為尋找宜居行星的先行者。它們的名字來自它們繞其繞行的小型，涼爽，昏暗的恒星，稱為M矮星或“紅矮星”。

關鍵化學

其他研究人員通過使用1D和3D 全球氣候模型對M矮行星的大氣特征進行了描述。這些模型還用于地球上，以更好地了解氣候和氣候變化。但是，以前的巖石系外行星3D研究遺漏了重要的東西：化學。

通過將3-D氣候建模與光化學和大氣化學相結合，霍頓和Chen繪制了一張更完整的圖景，說明恒星的紫外線輻射如何與行星大氣中的氣體(包括水蒸氣和臭氧)相互作用。

在他們的模擬中，霍頓和陳發現恒星的輻射是決定行星是否宜居的決定性因素。具體來說，他們發現繞著活躍恒星運行的行星很容易因蒸發而損失大量的水。這與以前使用無活性光化學的氣候模型的研究形成了鮮明的對比。

研究小組還發現，由于其薄薄的臭氧層，許多位于宜居區域的行星無法維持生命。盡管具有其他宜居的表面溫度，但這些行星的臭氧層仍允許過多的紫外線輻射穿過并滲透到地面。輻射水平會危害表面壽命。

Chen說：“ 3-D光化學起著巨大的作用，因為它提供加熱或冷卻，這會影響行星系統的熱力學以及大氣成分。” “在系外行星研究巖石行星的文獻中，這些模型實際上并沒有真正使用過，因為它們的計算量非常大。其他研究更大行星的光化學模型，例如氣體巨人和熱木星，已經表明人們不能忽視化學反應。調查氣候。”

霍頓說：“修改這些模型也很困難，因為它們最初是為地球環境設計的。” “修改邊界條件并仍然使模型成功運行一直是一個挑戰。”

“我們一個人嗎?”

霍頓和陳認為，這些信息將有助于觀測天文學家尋找其他地方的生命。哈勃太空望遠鏡和詹姆斯·韋伯太空望遠鏡等儀器具有探測系外行星上水汽和臭氧的能力。他們只需要知道在哪里看。

“'我們一個人嗎?' 是最大的懸而未決的問題之一。” “如果我們能夠預測哪些行星最有可能擁有生命，那么我們可能會在生命中做出更大的回應。”