天文科普:太陽(yáng)最近的鄰居,到底長(zhǎng)得啥樣子?比鄰星會(huì)有三體人存在嗎?
發(fā)布時(shí)間:2021-12-15
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比鄰星是距離太陽(yáng)系最近的一顆恒星,劉慈欣的《三體》小說中的三體人,就是生存在這樣一個(gè)系統(tǒng)中的智慧生命。當(dāng)然這只是科幻,但許多科幻都是對(duì)未來的一些科學(xué)預(yù)測(cè),那么那里真的有三體人嗎?

我們今天就來好好解剖一下這個(gè)三星系統(tǒng),看看那里到底是個(gè)啥樣子。

比鄰星是三星家族中的小老三

南門二星又叫半人馬座α星,是一個(gè)三星系統(tǒng),由三顆恒星組成,即南門二A星、B星、C星。后面我有時(shí)會(huì)把它們稱為老大老二老三,大家別搞混了。這個(gè)三星系統(tǒng)距離我們約4.3光年。

三兄弟的質(zhì)量分別是:老大約為太陽(yáng)的1.1倍,老二約為太陽(yáng)的0.9倍,也就是說這兩兄弟與太陽(yáng)質(zhì)量不相上下,表面溫度和亮度也差不多,老大稍比太陽(yáng)亮點(diǎn)。

俗話說,龍生九子各不相同,這老三與老大老二同生于一個(gè)恒星系統(tǒng),卻像武松和武大郎一樣差異甚大。老三C星只是個(gè)紅矮星,個(gè)頭很小,半徑只有不到太陽(yáng)1/3,約20萬公里,質(zhì)量只有太陽(yáng)約12%,表面溫度約太陽(yáng)一半,亮度是太陽(yáng)的1/18000。

南門二A星絕對(duì)星等為4.45等,視星等為0.01等;南門二B星絕對(duì)星等為5.71等,視星等為1.33等;比鄰星絕對(duì)星等為15.49等,視星等約為11等。星等是數(shù)值越小越亮,負(fù)得越多越亮,每個(gè)星等之間亮度相差2.512倍,而人眼能看到最低亮度的星等為6等。

由此我們可以看出,南門二老大老二是夜空中肉眼能看到很亮的星星,它們?cè)谌旌阈橇列侵信盼环謩e為第6位和第20位。而老三比鄰星雖然距離我們最近,卻肉眼無法看到。

南門二星三兄弟的位置和運(yùn)動(dòng)規(guī)律

這三顆星現(xiàn)在的位置是老三距離我們最近,只有4.24光年,因此被人們稱為比鄰星,意為最近的鄰居,天涯若比鄰嘛。A星和B星距離我們要遠(yuǎn)一些,約4.37光年。

這三顆星的運(yùn)動(dòng)模式是,老大老二相互環(huán)繞運(yùn)動(dòng),而老三則繞著老大老二公轉(zhuǎn),偏心率為0.5179。老大老二兩顆星相距最遠(yuǎn)時(shí)約為35.6AU(天文單位),即53.3億公里,還沒有太陽(yáng)到冥王星平均距離大;而相距最近時(shí)只有11.2AU(16.8億公里),只相當(dāng)于太陽(yáng)到土星之間的距離;

土星和冥王星都是太陽(yáng)系內(nèi)部的行星,南門二A星和B星卻是兩顆和太陽(yáng)相當(dāng)?shù)暮阈?,在這么近距離相互環(huán)繞,它們之間的引力效應(yīng)可想而知。老大老二兩星相互環(huán)繞公轉(zhuǎn)周期約79.91個(gè)地球年。

比鄰星則圍繞著老大老二公轉(zhuǎn)。早年,科學(xué)界對(duì)比鄰星屬不屬于這個(gè)恒星系統(tǒng)還有爭(zhēng)議,2017年,一個(gè)科學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)比鄰星的徑向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了精確的測(cè)量,從而證實(shí)比鄰星是圍繞著A、B兩星公轉(zhuǎn),這樣比鄰星就是這個(gè)三星系統(tǒng)的小老弟了。

比鄰星圍繞著A、B星公轉(zhuǎn)一圈需要547000年,偏心率約0.5,最遠(yuǎn)時(shí)距離A、B星為0.22光年(13000天文單位),也就是約1.95萬億公里。

人類還無法直觀了解系外行星

南門二有生命存在嗎?現(xiàn)在還無法肯定。因?yàn)楝F(xiàn)在人類不但無法到現(xiàn)場(chǎng)去看一下,就是用最大的望遠(yuǎn)鏡也無法看到那里的樣子。人眼的最小分辨張角約1'(1角分),也就是這個(gè)物體不管遠(yuǎn)近,到達(dá)人的視網(wǎng)膜時(shí),必須有1'的張角。1°(1度)為一周的1/360,1'為1°的1/60,就是這么大的一個(gè)張角,人眼才能分辨。

由于恒星距離我們太遠(yuǎn),最近都有4光年以上,因此幾乎所有的恒星到達(dá)人眼時(shí)都無法分辨出圓面,即便用最高級(jí)的天文望遠(yuǎn)鏡,也無法擴(kuò)大到1'的張角,因此就只能看到一個(gè)亮點(diǎn)。迄今為止,似乎能看到圓面的恒星只有參宿四,因?yàn)檫@顆星距離我們不太遠(yuǎn),直徑卻有太陽(yáng)的上千倍。

因此,現(xiàn)在人類發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)系外4000多顆行星,都不是“看到”的,而是“猜到”的??赡苡腥藭?huì)說了,原來科學(xué)家們也像我一樣瞎子估水,一擔(dān)兩桶的猜啊。其實(shí)科學(xué)家們的“猜”不是隨意地猜,而是計(jì)算。

天文學(xué)家們尋找太陽(yáng)系外行星的方法

現(xiàn)在觀測(cè)系外行星主要有兩種方法,一種是凌星法,還有一種是引力攝動(dòng)法。這兩種方法都要借助高科技的天文望遠(yuǎn)鏡來觀測(cè)。

凌星法就是當(dāng)行星正好運(yùn)行到人們觀測(cè)恒星的視線中間時(shí),會(huì)對(duì)恒星的光度造成影響,通過計(jì)算這種影響和光變周期,就知道這是不是一顆行星,大致有多大體積,距離有多少,公轉(zhuǎn)周期是多少。

而引力攝動(dòng)法是根據(jù)萬有引力定律來測(cè)算的。恒星與行星之間的引力作用,會(huì)讓恒星運(yùn)動(dòng)發(fā)生一定的改變,根據(jù)這個(gè)改變的大小和周期變化,就能夠計(jì)算出恒星的質(zhì)量和距離,以及運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)。

這幾種方法的綜合運(yùn)用,得到的結(jié)果就是相當(dāng)精確的。所以就常爆料找到了什么地球大表哥二表哥的,但這些“親戚”大多有牽強(qiáng)附會(huì)的成分,到底有幾分相像誰也不知道。

但這些方法雖然可以計(jì)算出行星與恒星的大致距離,從而得出是不是在宜居帶,但是無法看到那里有沒有生命的。即便是在宜居帶,也不一定就會(huì)孕育和進(jìn)化出生命來,比如金星和火星,都有進(jìn)入過或有機(jī)會(huì)進(jìn)入太陽(yáng)的宜居帶,但并沒有孕育出生命。

只有二級(jí)以上文明才有可能被我們探測(cè)出來

依靠人類現(xiàn)有技術(shù),不要說對(duì)太陽(yáng)系外生命進(jìn)行觀測(cè),就是有像人類這種文明程度的生命,也無法觀測(cè)到。只有當(dāng)這個(gè)文明能夠影響恒星的運(yùn)動(dòng)和光變,比如制造戴森球包裹恒星,才可以通過觀測(cè)發(fā)現(xiàn)。這種文明至少要達(dá)到二級(jí)文明左右,而科學(xué)家評(píng)估的人類文明,現(xiàn)在只有0.73級(jí)。

NASA在上世紀(jì)七十年代發(fā)射的旅行者1號(hào),在飛離地球64億公里處拍攝了一張令人震撼的照片,在茫茫太空中地球就成了只有0.12個(gè)像素大小的暗點(diǎn),比陽(yáng)光中的一粒塵埃還小。而在這粒太空塵埃上,有70多億人在吃喝拉撒爭(zhēng)風(fēng)吃醋,細(xì)思極恐。

而最近的恒星都有4.3光年,是64億公里的6356倍,現(xiàn)代最大的望遠(yuǎn)鏡也看不到這?;覊m,又怎么能知道那里有沒有人類這種文明,甚至比這還要低級(jí)的生命存在呢?

因此,在南門二恒星系統(tǒng)中有沒有生命存在還得靠猜

現(xiàn)在的基本理論認(rèn)為,生命不可能在恒星上存在,只能起源于行星上。南門二的老大和老二星周圍是沒有發(fā)現(xiàn)行星存在,只分別有一個(gè)星周盤,也就是圍繞著恒星赤道形成一個(gè)塵埃盤。

這些塵埃加起來的總質(zhì)量約月球質(zhì)量的百萬分之一到千萬分之一,月球質(zhì)量是地球的1/81,因此,這些塵埃全部凝聚成一個(gè)球,如果是月球密度,直徑就只有16公里,這樣的球上是不可能孕育出生命的。

倒是遠(yuǎn)離老大老二的小老弟比鄰星,現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了兩顆行星。按照行星命名規(guī)則,它們被命名為比鄰星b和比鄰星c。比鄰星b質(zhì)量約地球的1.17~1.3倍,是一顆巖石類地行星,距離比鄰星約0.49AU(735萬公里),公轉(zhuǎn)周期11天;比鄰星c質(zhì)量約是地球的7倍,是一顆氣態(tài)行星,被認(rèn)為是一顆迷你型的海王星,軌道半徑約1.49AU(2.235億公里),公轉(zhuǎn)周期為1928天(約5.28地球年)。

那么這兩顆行星有生命存在嗎?我們來分析一下。

最有可能存在生命的是比鄰星b

因?yàn)楸揉徯莃在宜居帶。所謂宜居帶,就是行星距離自己的母恒星在恰當(dāng)?shù)木嚯x,恒星的輻射讓行星能夠保持不冷不熱的溫度,這個(gè)溫度適宜液態(tài)水的存在。由于比鄰星光度和溫度都低,因此在距離其700萬公里的地方就是適宜的溫度。

既然在宜居帶,有科學(xué)家認(rèn)為這顆行星上有可能會(huì)存在生命。但是事實(shí)是,比鄰星b由于距離比鄰星太近,早就被潮汐鎖定,就是永遠(yuǎn)一面向著比鄰星,一面背著比鄰星。這樣就有一面永遠(yuǎn)是白天,被恒星的熾熱輻射蒸烤,溫度永遠(yuǎn)維持在數(shù)百攝氏度;而另一面永遠(yuǎn)是黑暗,處于零下一百多攝氏度的酷寒之中。

因此,即便這顆行星上真的能夠誕生出生命,也只能在其晨昏圈,就是白天和夜晚交界的地方,在那一帶溫度可以達(dá)到0℃以上,因此可能存在著液態(tài)水。

但即便有生命,存在的環(huán)境也十分嚴(yán)酷

比鄰星雖然年齡比太陽(yáng)還要大些,大概48.5億歲了(太陽(yáng)約46億歲),但太陽(yáng)已經(jīng)是中年,而比鄰星還是嬰兒。這是因?yàn)楸揉徯琴|(zhì)量小,中心核聚變比太陽(yáng)溫和許多,因此燃料消耗就很慢,壽命就超長(zhǎng)。比鄰星的壽命約有3~4萬億年,現(xiàn)在才48億歲,相對(duì)其壽命不就是嬰兒期嗎?

研究發(fā)現(xiàn),紅矮星在誕生早期,表面活動(dòng)異常激烈,常會(huì)爆發(fā)巨大耀斑。而比鄰星距離主星距離只有700多萬公里,耀斑爆發(fā)出的高能量X射線和紫外線輻射,會(huì)摧毀比鄰星b向陽(yáng)表面的一切;而且其公轉(zhuǎn)周期只有11天,那是多快的一個(gè)速度啊,這樣上面的風(fēng)暴就遠(yuǎn)比地球大多了。(上圖為地球上看太陽(yáng)和比鄰星b上看比鄰星的比例)

因此即便比鄰星b晨昏圈孕育出了生命,經(jīng)受的摧殘也比地球嚴(yán)酷很多。

比鄰星c距離比鄰星有2.2億多公里,在這樣一個(gè)暗淡低溫恒星系統(tǒng),距離這么遠(yuǎn),就是一個(gè)冰球了,表面溫度在零下兩百多攝氏度,而且還是一個(gè)氣態(tài)行星,基本不可能孕育出生命。

比鄰星b不會(huì)出現(xiàn)《三體》小說描述的那種三個(gè)太陽(yáng)炙烤環(huán)境

在《三體》小說中,三體人受的罪比上面描述的比鄰星b還要嚴(yán)酷,三個(gè)太陽(yáng)輪流炙烤,有時(shí)候會(huì)三個(gè)太陽(yáng)同時(shí)出現(xiàn),烈焰燒毀地面的一切。但事實(shí)是,在比鄰星b上不會(huì)出現(xiàn)這種情況,因?yàn)楸揉徯莃雖然距離南門二A星和B星不算遠(yuǎn),只有0.22光年,但也不會(huì)受到它們的炙烤。

我們來看看在比鄰星b上看南門二A星有多亮

絕對(duì)星等與視星等的換算公式為:m=M-5log(d0/d),這里的m為視星等,M為絕對(duì)星等,d0為10秒差距(約32.6光年),d為天體實(shí)際距離。

南門二A的絕對(duì)星等為4.45等,我們將其代入公式計(jì)算,可得出在0.22光年距離的比鄰星b上看南門二A星,亮度為-6.4等,而老二比老大亮度還要弱一些。在地球上看月球的亮度為-12.7等,夜空最亮的星星是行星金星,最亮?xí)r為-4.7等。

因此看到的A星也就比金星亮一些,比月亮亮度要小近400倍,這樣的亮度怎么會(huì)炙烤呢?(見下圖)

所以,如果比鄰星b上真的有三體人存在,其生活環(huán)境再怎么嚴(yán)酷,也不會(huì)像小說《三體》那樣受到三顆太陽(yáng)的炙烤。而所謂三體艦隊(duì)入侵地球的故事就更純屬虛構(gòu)了,二級(jí)文明以下的科技文明,是無法逾越恒星際遠(yuǎn)航的。

這也是我過去說,如果真有外星人來到地球,那一定比人類科技文明要高出很多,才能做到這一點(diǎn),而現(xiàn)階段奢談所謂人類抵抗外星人入侵的話題,都是扯淡。



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