4.2光年外的异世界

昵称30604781 2018-02-11

展开全文

老茂按语：海棋做过我半年的学生，分科到了理科班，不时还会和我这个语文老师研讨关于宇宙之谜等辽远的大事，让我这个老文科生也生发了兴趣开始关注科幻之类的作品。如果三体迷的他能用通俗易懂的科普文章，把自己对科学的热爱影响更多的人，岂不是妙事！于是就有了这篇《4.2光年外的异世界》。

上个学期应老茂之邀写一篇关于《三体》的文章，一开始是打算写读后感的，后来想想觉得自己还不够格，毕竟是中国最顶尖的科幻小说，自己也读得不透，自然没有深刻的感想；其次，写科幻小说的读后感似乎是一件空洞的事情，因为科幻小说强调的是其中的“幻”，这就意味着每个读者对书中内容的想象都是不同，我自己的感想未必能得到其他人的认同，未必能帮助到别人。于是就打算利用自己浅薄的一点天文知识来写点有趣的东西，希望能帮助到正在读《三体》或者非常喜欢《三体》的人。

这是一个一年多以前的新闻了，但它依然萦绕在我们心头：欧洲中部时间2016年8月24日晚，欧洲南方天文台（ESO）召开了新闻发布会，宣布在与地球最近的恒星比邻星（天涯若比邻）周围发现一颗位于宜居带内的类地行星！欧南台将其命名为比邻星b，目前不排除该行星表面有液态水的存在。这在天文界里绝对是一个大新闻，而对于三体粉和科幻迷来说也是一个惊喜……

看过《三体》的朋友应该都还记得，三体行星位于一个叫半人马座α的三星系统中，这三颗恒星彼此绕着对方做毫无规律的三体运动，而三体人所居住的那颗行星就像一团面团一样，被这三颗恒星揉来揉去。无规律的三体运动导致了三体行星表面没有稳定的气候和季节，三体人饱受灾难，当得知地球的存在后，二话不说就出兵准备占领地球。而科学家这次发现的比邻星b，的确位于半人马座α，与小说中一样。但是呢，这颗行星的情况跟《三体》里描写的有点不一样，这个三星系统实际上是一个非常稳定的系统。因此，假如上面真的有三体人，他们并不会经历书中的所描述的“恒纪元”和“乱纪元”，也不会看到“三日凌空”“三日连珠”这样壮观的天文现象。因为我们的主角——比邻星b所绕转的恒星比邻星离另外两颗恒星实在太远了，它们之间的距离相当于地球到太阳距离的15000倍，大概22500亿公里！在这个距离上，另外两颗恒星已经成为两个靠得很近的星点。

(这幅艺术家笔下的艺术图展现了比邻星b表面的景象。天空中那颗看起来比较大的恒星就是比邻星，而另外两颗恒星由于距离太远，已经变成了两个星点。Via ESO)

这颗行星适合居住吗？会有生命存在的可能吗？这两个问题应该是大家最关心的问题了。随着人类宇航科技的发展加上太空科幻电影的流行，人们对于走出地球探索宇宙深处的愿望越来越强烈。这次发现的比邻星b离地球最近，是目前人类最有可能的目的地；而它的母星比邻星又是一颗红矮星，红矮星的质量小，寿命长，在宇宙中数量多，也是科学家们密切研究的对象之一。但是从目前比邻星b的数据来看，恐怕不会太乐观。

首先是它的母星比邻星，比邻星是一颗红矮星（一种恒星的类型），顾名思义，红就是颜色很红，矮就是体积小个头小，它的温度比较低，只有大概3000k，而我们的太阳表面有5700k，它不像我们的太阳那么明亮温暖。它的直径只有太阳的14%，质量只有太阳的12%——它的光度更是只有太阳的0.15%。下图就十分直观地展现了比邻星（倒数第二）的大小只比木星（倒数第一）大一点点，而我们的太阳（顺数第三）比它大不只一点点！

（虽然比邻星是离太阳最近的恒星，我们也不能用肉眼看到它，因为它实在太暗了。Via Wikipedia）

要在这样暗淡的恒星旁成为一颗宜居行星，比邻星b需要离恒星非常非常近来获取足够多的热量。比邻星b距离比邻星仅有0.05个天文单位，相当于750万公里，而我们的地球离太阳有1.5亿公里！如此近的距离，比邻星b几乎一定会像月球一样被该母星潮汐锁定——只有一面始终面向自己的母星，而这意味着没有昼夜交替，行星面向恒星的一面永远是白昼，而背向恒星的一面则永远处于黑暗。另外，如此靠近母星，意味着比邻星b的公转周期非常短，只有11天，也就是说在比邻星b上一年只有11天！

其次是水。在地球上所有的生物都离不开水，水是生命之源。而寻找液态水也是科学家寻找外星文明的重要参考。那么比邻星b上如此恶劣的环境能支持液态水的存在吗？上文提到了，由于母星潮汐力影响，它永远只有一个面面向恒星，处于永远的白昼；另一个面永远背向恒星，处于永远的黑夜。这种情况导致了它的表面会受热不均匀，面向恒星的一面温度会太高，水被蒸发了；而背向恒星的一面，终日得不到光照，那里的温度早已使液态水结成冰。只有明暗交界处能获得充足的热量，温度不至于太高或太低，有液态水的存在。如果出现这种情况，那么比邻星b的宜居度就大大减小了。但近几年的研究提出，像比邻星b这样被潮汐锁定的行星如果拥有浓厚的大气层或者全球性的海洋，热量有可能能被大气环流和洋流输送到全球范围。

此外我们还要考虑恒星活动对行星的影响：

1、红矮星本身不稳定，它的活动比太阳更为剧烈，经常有耀斑爆发，使它们的亮度成倍的增加，其威力可以将南极的冰瞬间融化成液态水。

2、紫外线和X射线。我们有地球厚厚的大气层保护，但比邻星b的大气层情况可能不会乐观，因为太靠近恒星的缘故，大气层或许已经被太阳风和强磁场破坏得很厉害了。比邻星b受到比地球强400多倍的X射线。

以上，只是基于科学家最基础的知识得出来的最粗略的结果，而科学研究是要不断深入探索。目前对于比邻星b的观测数据还很少，关于其宜居性，更是需要大量的研究才能得出结论，我们只能继续期待学术界的大佬带来的消息。

（艺术图）

最近ESO的ALMA天文台观测发现，比邻星周围还存在着一个低温尘埃带。这一发现告诉我们，系外行星所在的系统也像我们的太阳系一样，不但有行星，还有尘埃带，也是一种精妙的天体结构。尘埃带的发现还显示了另一个可能——比邻星系统中可能存在更多的行星。因为尘埃带通常就是在复杂的引力相互影响下形成的。（ESO）

NASA最近的研究表示，类似地球的大气层可能不会在比邻星b上存在。研究人员把地球的大气数据和磁场放到计算机上模拟，并用了钱德拉X射线望远镜的关于比邻星的数据，计算得出类似于地球的大气层在比邻星b上会流失。此会导致比邻星b的宜居性大大降低。