环球 - 艾赫巴里通讯社
红矮星：生命（如我们所知）的黯淡前景？
红矮星占我们星系中绝大多数恒星，这使得它们成为寻找外星生命，特别是岩石外行星的主要候选者。然而，乔瓦尼·科沃内（Giovanni Covone）和阿梅迪奥·巴尔比（Amedeo Balbi）的一篇新预印本论文挑战了这种乐观情绪，认为这些普遍存在的恒星发出的光线可能不具备支持产氧生命所需的特定“质量”。
他们论证的核心在于“有效能”（exergy）的概念，这是从辐射场中提取最大有用功的热力学度量。与传统上主要关注可见光光谱（400-700纳米）中总能量或光子数的“宜居带”评估不同，科沃内和巴尔比认为光的“热力学质量”至关重要。
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对于我们所理解的生命至关重要的一个过程是光合作用，它依赖光来分解水分子——这个步骤被称为“水氧化”。这个过程是产生可以作为生物标记的氧气的关键瓶颈。至关重要的是，生物系统需要大量的动能来驱动这种化学反应。而这正是红矮星带来重大挑战的地方。
红矮星比太阳等恒星更冷，它们的光线明显发生红移，更多地位于红外光谱中。因此，它们的许多光子能量不足以达到分解水所需阈值。此外，即使是那些达到能量阈值的光子，其总能量中可转化为有用化学功的部分也较小。这种“一拳双击”——光子能量不足和能量转换效率较低——极大地降低了红矮星周围产生氧气的生命出现和繁荣的可能性。
该论文强调，驱动类似太阳恒星周围水氧化的有效能，大约是红矮星周围有效能的五倍。这种显著的差异表明红矮星辐射的性质施加了根本性的限制。
天体生物学家们以其韧性而闻名，他们可能会反驳说，生命可以进化以适应这些更昏暗、更红的环境。生命能否利用更长、能量更低的红外波长？作者们认为，由于“红限”（即支持光合作用的最长光波长），这种适应不太可能发生。他们认为这个限制不是固定的，而是涌现的特性，取决于恒星的光谱、行星的大气层以及特定的化学反应。对于红矮星，他们估计这个限制约为0.95微米，而对于类似太阳的恒星，则约为1.0微米。这意味着生命不能简单地将其光合作用吸收带进一步移向近红外区域，以补偿恒星较低的能量输出。
另一个担忧与生命的进化轨迹有关。如果能够有效利用红外光的无氧细菌在红矮星行星上繁衍，它们可能会挤占好氧细菌的生存空间。这种情况可能会阻止“大氧化事件”的发生——这是地球历史上一个关键时刻，它为复杂的多细胞生命的出现铺平了道路。没有足够的大气氧气，先进生命形式的发展将受到严重阻碍，甚至完全被排除。
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尽管这项研究描绘了一幅充满挑战的图景，但它并没有完全排除红矮星周围存在生命的可能性。作者们承认，地球的生物圈目前在其理论热力学潜力的很小一部分上运行，这表明了生命固有的低效率和适应潜力。然而，他们得出结论，红矮星周围有利生命存在的特定条件可能非常罕见。因此，该论文建议，在寻找富氧外星生态系统时，天体生物学调查可能更适合将重点放在类似太阳的恒星上，而不是追逐红矮星周围统计上不太可能出现的繁荣生物圈。
