太阳系外是否存在生命？
大局观
董传飞（音译）正在观察恒星，试图回答天文学家最头疼的问题之一：我们的宇宙中还有其他适合居住的行星吗？
董是一名天文学助理教授，专门澳门威尼斯人注册网站研究等离子体物理学，即物质的第四种状态。我们的太阳和其他恒星是由等离子体组成的，董对这些高温带电气体如何工作的了解有助于他理解恒星对系外行星（太阳系外的行星）的影响，以及它们潜在的可居住性。
董说，地表的可居住性取决于一件事：大气。一个行星的大气层需要适当的气体平衡来支持大多数生命茁壮成长的条件。“例如，在月球和水星上，几乎没有大气层。火星的大气层非常稀薄，”他说。
通过澳门威尼斯人注册网站研究附近恒星的活动，科学家可以了解到很多澳门威尼斯人注册系外行星大气演化的信息。恒星的磁场活动，比如日冕物质抛射——恒星表面等离子体的喷发——会随着时间的推移影响系外行星的大气层。为了预测一颗系外行星是否适合居住，董计算了由于恒星活动导致的大气气体向太空的损失。通过运行数值模拟，他能够估计是否还有大气层存在。“如果没有大气层，那么像我们这样的智慧生命就无法在行星表面生存。”
《艺术x科学》杂志采访了董，介绍了他的澳门威尼斯人注册网站研究以及他作为机构首席澳门威尼斯人注册网站研究员参与的“淡紫色”任务，该任务将于2025年开始，可能为系外行星可居住性之谜提供答案。
你的工作跨越了天文学和物理学领域。是什么激发了你对系外行星宜居性的澳门威尼斯人注册网站研究？董：（澳门威尼斯人注册网站研究）系外行星的可居住性是高度跨学科的。我们需要不同领域的知识。当我在密歇根大学攻读博士学位时，我主要澳门威尼斯人注册网站研究等离子体物理学和太阳风与火星的相互作用。
美国宇航局发射了火星大气和挥发物演化（MAVEN）航天器，澳门威尼斯人注册网站研究火星大气是如何从早期温暖潮湿的火星上逃逸出来的。我们知道火星过去有厚厚的大气层，但今天的火星几乎没有大气层。这次任务的主要目标之一是澳门威尼斯人注册网站研究太阳风剥离，这需要等离子体。所以，我们需要利用等离子体的知识来澳门威尼斯人注册网站研究那些从太阳流出的带电粒子是如何与行星大气相互作用的。
我们用于澳门威尼斯人注册网站研究系外行星的大部分知识都是基于我们从太阳系中了解到的，因为对这些系外行星的观测是非常有限的。传统上，天文学家是探测这些系外行星并描述它们的人，但大约10年前，行星科学，地球科学，空间物理学，所有来自这些学科的人，包括我，一起澳门威尼斯人注册网站研究和描述系外行星的可居住性。我用我在空间等离子体物理方面的知识，我发现它非常适合澳门威尼斯人注册网站研究恒星风和活动如何与这些系外行星相互作用。
你澳门威尼斯人注册网站研究等离子体的工作与寻找可居住的系外行星有什么关系？在我去年的斯隆奖学金申请中，我一直在考虑如何将等离子体物理学和系外行星科学的澳门威尼斯人注册网站研究结合起来。
一颗恒星，或者太阳，基本上就是一个等离子体球。为了了解恒星活动如何影响系外行星，我们需要了解恒星活动的起源——这需要等离子体物理学的知识。
你可能听说过太阳耀斑或太阳风暴。在这些事件中，辐射变得更高，恒星释放出巨大的质量，影响行星。这些耀斑事件，或恒星风暴事件，可以用磁场线的断裂和重新连接来解释——这是等离子体中普遍存在的过程。凭借我在等离子体物理方面的知识，我可以了解恒星活动的起源，包括耀斑和日冕物质抛射。
了解恒星活动的起源对行星的宜居性有什么启示？为了预测一颗系外行星是否适合居住，你是否考虑了一些关键因素？在我们了解了恒星的活动之后，我们可以澳门威尼斯人注册网站研究它是如何影响这些行星系统的。我在2018年发表了一篇论文，在论文中我预测，那些围绕Trappist-1恒星（一颗红矮星，拥有7颗地球大小的系外行星）运行的近距离系外行星没有大气层。最近，詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）对内两颗行星的观测证实了我几年前的预测。
恒星风，即恒星活动，对于移除（大气中的）重元素（比氢或氦重）非常重要。当我们定义宜居性时，特别是对地表智能生命来说，大气是最重要的因素之一。例如，在月球和水星上，几乎没有大气层。火星的大气层非常稀薄。
我澳门威尼斯人注册网站研究大气逃逸的原因是，如果我有逃逸率，我就可以计算出在这个过程中有多少大气会被剥离。在大多数情况下，我们知道一个系统的年龄。如果我做一个随时间的逃逸率的综合计算，那就是逃逸大气的总量，然后我就可以估计是否还剩下什么。如果什么都没有留下，那就没有大气层。如果没有大气层，像我们这样的智慧生命就无法在行星上生存。重点是，我想把宜居性和系外行星大气层的存在联系起来。
你有没有一个假设，我们最有可能在哪里找到适合居住的系外行星？你知道电影《阿凡达》吗？在这部电影中，他们生活在月球上，而不是行星上。所以，如果有一颗像木星这样的巨大行星，如果有一颗地球大小的卫星围绕着这颗行星运行，那么这颗行星就有一个磁场，可以保护月球免受恒星风的侵蚀。磁场就像一个盾牌。
如果我们关注系外行星的可居住性，我们应该关注k型恒星和g型恒星。m型恒星更小、更暗，g型恒星就像我们的太阳，中间是k型恒星。基本上，恒星越大，寿命越短，这意味着它的活动期不会像m型恒星那么长。我们的太阳主要在最初的10亿年非常活跃，后来它变得不那么活跃了。但是m型恒星可以活跃几十亿年。它们的恒星耀斑和日冕物质抛射更加频繁和极端（这导致了更高的大气逃逸率）。我们的太阳已经是中年了。但对于m型恒星来说，它们的寿命可以和宇宙一样长。所以我们不知道他们能活多久。它们中的许多都是在宇宙之初形成的，但我们的太阳形成于46亿年前，而宇宙大约有140亿年的历史。
跟我说说你参与Mauve任务的情况，以及它与寻找宜居系外行星的关系。在“紫外光”任务中，我们主要观察恒星。如果我们更好地了解恒星，就会对了解行星的可居住性有很大帮助。我是Mauve望远镜的首席澳门威尼斯人注册网站研究员。这是一架紫外线望远镜。紫外线的波长较短，波长越短，我们能观察到的像耀斑这样的现象就越强烈。
我们想要观察恒星活动，比如恒星耀斑或恒星日冕物质抛射。原则上，美国宇航局的哈勃望远镜也可以做到这一点，它也可以覆盖紫外线波长。但是哈勃望远镜并不是专门用来澳门威尼斯人注册网站研究恒星耀斑的，因为很多其他领域的科学家也想用它来澳门威尼斯人注册网站研究他们的课题。有了Mauve，我们可以把大量的时间集中在观察恒星活动上。
如果我们观察到一颗恒星的磁性非常活跃，有很多耀斑和日冕物质抛射事件，那么这就意味着，由于恒星风蚀或恒星撞击，这些近距离的岩石系外行星可能没有大气层。
但我们也可以做一些澳门威尼斯人注册网站研究，看看是否存在恒星活动较低的恒星。如果我们找到这样的候选者，那么我们就可以专注于这个系统，我们可以利用JWST的观测时间来进一步表征这些系外行星。虽然这很有挑战性，但有了JWST，我们应该能够观察到这些系外行星大气的透射光谱，这可以告诉我们这些大气的组成和丰度。所以淡紫色任务基本上可以通过恒星观测来推断这些系外行星是否有大气层。