比邻星系行星表面的艺术家想象图。图片来源：ESO
红矮星能否支持产生氧气的生命？
红矮星占银河系恒星的绝大多数，也正因其普遍性，使其成为行星系统与生命起源研究的主要关注对象。然而，天体生物学家仍在质疑这类恒星发出的光是否能够为氧气产生的生命提供必要的能量。意大利天体物理学家 Giovanni Covone 与 Amedeo Balbi 在 arXiv 预印本服务器上发表的论文提出，光的质量与数量同等重要，他们的计算显示，类似地球的生物圈在红矮星周围极难维持。
1. 研究思路：以“可用功（exergy）”衡量光的质量可用功 是从辐射场中可提取的最大有用功率的度量，衡量的是光的热力学质量，而非单纯的能量总量。
传统上，天体生物学家在确定“可居住带（habitable zone）”时，主要关注可见光（400–700 nm）内的总光子数。
2. 光在行星上的“有用功”——打破水分子对于光合作用而言，最关键的光学过程是
水氧化（water oxidation），即分解水以释放氧气。
这一过程需要大量的激发能量；而红矮星的光谱特点使其难以满足此需求。
红矮星的温度较低，光谱被严重红移，主要集中在红外区域。
其光子能量不足以跨越分解水的能垒。
即便有足够能量的光子，其可转换为化学功的比例也更低。
与太阳型恒星相比，红矮星提供的可用功约只有五分之一。
3. 可能的“适应”与“红光极限（red limit）”生物学家一向乐观，或许生命能在高红外环境下演化出新的光合作用机制。
但
红光极限（red limit）——能支持光合作用的最长波长——并非固定数值，而是由恒星光谱、行星大气与特定化学反应（此处为水氧化）共同决定。
估算结果表明：
红矮星的红光极限约 0.95 µm；
太阳型恒星约 1.0 µm。
这意味着生命不能简单将主吸收波段拉向更长的近红外来适应弱光源。
另一风险是
无氧菌（anoxygenic bacteria）。它们能有效利用红外光；若在此类行星上占据优势，可能阻止氧化细菌的出现，从而抑制“大氧化事件（Great Oxidation Event）”，进而严重限制多细胞生命的出现。
4. 结论与展望综合上述因素，红矮星周围出现氧气丰富生命的可能性被评为极低。
尽管地球的生物圈只使用了最大热力学效率下三阶量级的能量（说明生命极其低效），但在红矮星附近能满足生存条件的环境极为罕见。
因此，寻找“氧气森林”式外星生命的努力，或许更适合聚焦于像太阳那样的恒星，而不是追逐统计学上罕见的红矮星生态系统。
这篇论文为天体生物学界提供了新的理论工具——用 exergy 而非单纯能量评估恒星光谱对生命的可行性，并指出未来行星探测与生命搜索策略的合理分配。
勇编撰自论文"Photosynthetic exergy I. Thermodynamic limits for habitable-zone planets".arXiv.2026相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于自绘或公开图库。
