【深度認識】矮恆星

當我們仰望夜空，能看見的星星似乎都閃閃發亮，但你可知道，其實宇宙裡大多數的恆星，都是我們肉眼看不見的？它們不是因為太遙遠，而是本質上太微弱——這類天體正是「矮恆星」（Dwarf Stars）。矮恆星雖然名為『矮』，但牠們卻佔了銀河系內恆星總數的絕大多數。今天，讓我們一同深入認識這羣樸實卻極具代表性的宇宙成員，發掘它們的獨特之處。

甚麼是矮恆星？

在天文學上，「矮恆星」（Dwarf Stars）是一種質量比太陽輕、體積較小、亮度亦較低的恆星類型。大致以光譜分類，太陽本身也算是一顆「黃矮星」（G-type Dwarf），不過在日常討論中，「矮恆星」多數是指質量及亮度比太陽更低的「紅矮星」（Red Dwarfs，光譜類型M）為主，還有白矮星、棕矮星，不過後者性質又有些不同。我們在這裡主要討論主序帶（Main Sequence）的紅矮星。

基本參數與太陽、地球比較

矮恆星的體積、質量、溫度等都比太陽低——讓我們以一顆「典型紅矮星」作比喻：

體積： 一般只有太陽的10%至40%左右。有些紅矮星小得甚至跟木星相近！如果想像太陽是一個橙，典型紅矮星就像大葡萄。
質量： 約為太陽的8%至50%。若質量低於太陽的8%，核心溫度就不足以進行「氫融合」（Nuclear Fusion），這類就被稱為棕矮星（Brown Dwarfs）。
亮度： 矮恆星的發光強度遠低於太陽，一般僅為太陽的千分之一至百分之一。即使是在我們的鄰近宇宙中，也很難用肉眼看到它們。
表面溫度： 大約2,500到4,000開爾文（Kelvin），比太陽的5,800 K要冷得多。體感上，它們發出的光線多帶紅色。
成分： 主要是氫與氦，與太陽相似，也含有極微量比太陽更原始的重元素。
與地球距離： 最近的恆星——半人馬座比鄰星（Proxima Centauri）就是一顆紅矮星，離我們僅4.24光年。這些矮恆星極為普遍，是地球外太陽系鄰里的常客！

矮恆星的自轉與公轉

矮恆星的自轉速度相當多變，受年齡影響：年輕時自轉很快，可能幾天內自轉一圈；隨著年齡增長，磁場活動消耗能量令自轉減慢。而公轉這一詞，則多用於行星繞恆星，恆星本身則繞銀河系中心公轉——一圈約需2.3億年。

矮恆星為何這麼重要？

儘管矮恆星本身不夠「耀眼」，但卻主宰著銀河系——超過75%銀河恆星都是矮恆星。假設銀河系是一幢大廈，太陽這類G型恆星只是大堂的幾張椅子；矮恆星卻像無數磚頭，默默撐起整個結構。

矮恆星的另一大特點，是壽命極長。由於它們燃燒氫燃料的速率十分慢，資源消耗得慢，這意味著一顆質量低於太陽的矮恆星，其壽命可達數千億年，是太陽的數十倍。現在宇宙年齡才約138億年，所以沒有任何一顆矮恆星「死」去；它們會在人類難以想像的遙遠未來持續閃耀。

生活中的比喻——「省電小燈泡」

想像你的家裡有一盞50瓦的白熾燈泡（代表太陽），旁邊又有一顆小小的3瓦省電LED燈泡，就是矮恆星的縮影。LED燈雖然亮度不及白熾燈，但卻可以細水長流，用好多年。紅矮星正是宇宙的省電燈泡——不會一時光芒萬丈，但勝在長壽，更堅韌。

矮恆星的形成與進化

矮恆星和其他恆星一樣，源自星雲——當氣體與塵埃因重力收縮而形成恆星胚胎，只要質量足夠突破某臨界點（約太陽的8%），核心便會啟動「氫融合」，成為一顆紅矮星。

和高質量的「藍巨星」不同，矮恆星內部「對流」很強（即熱能與物質在星內來回翻滾），能將內部氫充分混合並徹底燃燒，壽命極長。最終理論推算，紅矮星年老時會逐漸收縮、變成「藍矮星」（Blue Dwarfs，理論上預測現階段未發現），再演化成白矮星（White Dwarfs）。

矮恆星系統與「適居帶」行星

近年來，天文學家借助開普勒太空望遠鏡等工具，發現不少矮恆星旁邊存在圍繞運行的行星。有趣的是，一些地球尺寸的行星就位於矮恆星的「適居帶」（Habitable Zone），理論上有可能出現液態水，甚至生命！

但矮恆星活動激烈，常發生「閃焰」（Flare），釋放大量X射線與紫外線，對於行星大氣層與生命可能帶來巨大挑戰。研究這些矮恆星系統，有助我們探索地外生命的可能性。

人類探索矮恆星的歷史

矮恆星雖然黯淡，本身肉眼難以分辨，但近百年隨著望遠鏡觀測技術的提升，矮恆星逐漸被「點名」。1920年代，第一顆白矮星Sirius B被發現。1944年，天文學家發現紅矮星普遍存在銀河系各地。1995年，第一顆圍繞主序矮恆星的系外行星正式被發現，揭開了矮恆星「宿主星」新篇章。

常見矮恆星例子

半人馬座比鄰星（Proxima Centauri）： 距離地球約4.24光年，是太陽系最近的鄰居，也是紅矮星典型。直徑僅太陽的約1/7、質量1/8、亮度僅太陽0.17%。溫度約3,000K，自轉約83日一圈。已知有至少兩顆行星。
巴納德星（Barnard’s Star）： 位於6光年外，質量不足太陽的17%，直徑僅0.2太陽。年齡超過百億年，自轉約130天一次。
TRAPPIST-1： 距離地球40光年，半徑僅太陽的11%，質量9%。其行星系吸引全球關注，因有7顆大小與地球相似的行星，全圍繞著這顆矮恆星運行。