赤色矮星系の居住可能性
Stevenson, David S. (2013). Under a crimson sun : prospects for life in a red dwarf system. New York, NY: Imprint: Springer. ISBN 978-1461481324
動物も、強風下では声や匂いでコミュニケーションをとることができないので、赤外線を感知できるようになるしかなくなる。ただし、荒天から保護された水中の生物は、黒色の植物プランクトンや藻類に支えられ、繁栄できる可能性についての言及がある。
そうした従来の悲観的な見方とは対照的に、1997年にアメリカカリフォルニア州にあるNASAエイムズ研究センター所属のRobert HaberleとManoj Joshiが発表した研究結果では、大気に温室効果を起こす二酸化炭素や水蒸気が含まれていれば、星からの熱が効果的に夜側に輸送されるために最低限必要な大気量はわずか100ヘクトパスカル、地球大気の10%で足りるとされた。この量であれば光合成に影響はない。
その2年後にロンドンサウスイースト大学(英語版)のMartin Heathが発表した研究では、夜側の氷冠の下に広がる海盆が十分深く、海水が自由に流れることができれば、夜側の海洋も凍り付くことなく効果的に熱を循環させることができることが示された。
さらに2010年のカリフォルニア工科大学のMerlisらの研究では地球のような海洋惑星では、潮汐ロックを受けていても夜側の温度は-33°Cを下回らないと計算された。
SETIの研究者Martinらが2013年に構築された気候モデルでは、潮汐ロックを受けた惑星での雲の形成が昼夜の温度差を最小化させるとされ、赤色矮星系の居住可能性は大幅に改善された。
潮汐加熱だけでなく、潮汐ロックによって惑星が中心星に対してずっと同じ面を向け続けていることで、たとえハビタブルゾーン内の惑星でも惑星上に大きな温度差を引き起こすことも生命の居住にとって厳しい環境を生み出す。そして潮汐の効果で赤道傾斜角が小さくなることで、同じ面を恒星に向け続ける効果はさらに強くなるなど、過度な潮汐は様々な面で生命の居住可能性を脅かす。
潮汐以外の要因でも、激しい恒星活動による変光・フレアや、赤色矮星のスペクトルが太陽と比べて赤外線側に偏っていること、光度が低いためハビタブルゾーンが狭くなることなどの要因で、生命の居住可能性は低く見積もられている。
逆に赤色矮星系の生命の居住可能性を上げる要因もある。たとえば潮汐ロックが起こった惑星の昼側の面では雲が激しく形成され、その結果惑星全体の熱流束が下がることで、夜側の面との平衡温度の差は劇的に小さくなる可能性が指摘されている。さらに、赤色矮星の数自体が非常に多いため、それらを公転する惑星数も多く、それらのうちに生命が存在する可能性も統計的に大きくなっている。銀河系の恒星のうちおよそ85%が赤色矮星であり、渦巻銀河や楕円銀河で大多数を占める。銀河系には赤色矮星系のハビタブルゾーンに存在するスーパーアースが数百億個は存在するだろうと見積もられている。
その結果、活動的な赤色矮星が起こすコロナ質量放出によって到達した荷電粒子の流れは、磁気圏を惑星の大気が位置する低高度まで後退させる。結果として、惑星大気は散逸されやすくなり、居住可能性は著しく低下する。
しかしその後の研究では、赤色矮星の自転やフレア活動の実態をふまえると、コロナ質量放出を起こす可能性は従来考えられていたよりもずっと低く、巨大なコロナ質量放出に至ってはめったに起こらないことが分かった。ただし、質量放出による荷電粒子のほかにもフレアでの紫外線や放射線によっての大気散逸は起こりうる。
低頻度ではあるが質量放出が起こった場合は、惑星大気から荷電粒子を逸らすための磁場を惑星が持つことによって保護するしかない。潮汐ロックによって惑星の自転は遅くなっているが、それでも公転するごとに1回転はしており、惑星の内部が融解していればダイナモ効果によって磁場は発生できる。赤色矮星系で観測されているフレアの強さから計算すると10~1000Gであり、地球磁場の0.5Gよりはるかに強い。 しかし実際の数理モデルでは、地球型惑星で達成可能な最も強いダイナモ磁場の強度をもってしても、地球質量の惑星からは赤色矮星のコロナ質量放出や紫外線によって、高層大気の大部分を失うとされている。なお、この効果は赤色矮星に限らず、スペクトルでK型やG型に分類される橙色矮星でも0.8天文単位より近い地球サイズの惑星で起こりうる。