天文科普:太陽最近的鄰居,到底長得啥樣子?比鄰星會有三體人存在嗎?
來源:時空通訊
發(fā)布時間:2021-12-15
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比鄰星是距離太陽系最近的一顆恒星,劉慈欣的《三體》小說中的三體人,就是生存在這樣一個系統(tǒng)中的智慧生命。當然這只是科幻,但許多科幻都是對未來的一些科學(xué)預(yù)測,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三星系統(tǒng),看看那里到底是個啥樣子。

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。后面我有時會把它們稱為老大老二老三,大家別搞混了。這個三星系統(tǒng)距離我們約4.3光年。

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

俗話說,龍生九子各不相同,這老三與老大老二同生于一個恒星系統(tǒng),卻像武松和武大郎一樣差異甚大。老三C星只是個紅矮星,個頭很小,半徑只有不到太陽1/3,約20萬公里,質(zhì)量只有太陽約12%,表面溫度約太陽一半,亮度是太陽的1/18000。

南門二A星絕對星等為4.45等,視星等為0.01等;南門二B星絕對星等為5.71等,視星等為1.33等;比鄰星絕對星等為15.49等,視星等約為11等。星等是數(shù)值越小越亮,負得越多越亮,每個星等之間亮度相差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,它們在全天恒星亮星中排位分別為第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動規(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星距離我們要遠一些,約4.37光年。

這三顆星的運動模式是,老大老二相互環(huán)繞運動,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時約為35.6AU(天文單位),即53.3億公里,還沒有太陽到冥王星平均距離大;而相距最近時只有11.2AU(16.8億公里),只相當于太陽到土星之間的距離;

土星和冥王星都是太陽系內(nèi)部的行星,南門二A星和B星卻是兩顆和太陽相當?shù)暮阈牵谶@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個地球年。

比鄰星則圍繞著老大老二公轉(zhuǎn)。早年,科學(xué)界對比鄰星屬不屬于這個恒星系統(tǒng)還有爭議,2017年,一個科學(xué)團隊對比鄰星的徑向運動進行了精確的測量,從而證實比鄰星是圍繞著A、B兩星公轉(zhuǎn),這樣比鄰星就是這個三星系統(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,最遠時距離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。因為現(xiàn)在人類不但無法到現(xiàn)場去看一下,就是用最大的望遠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),也就是這個物體不管遠近,到達人的視網(wǎng)膜時,必須有1'的張角。1°(1度)為一周的1/360,1'為1°的1/60,就是這么大的一個張角,人眼才能分辨。

由于恒星距離我們太遠,最近都有4光年以上,因此幾乎所有的恒星到達人眼時都無法分辨出圓面,即便用最高級的天文望遠鏡,也無法擴大到1'的張角,因此就只能看到一個亮點。迄今為止,似乎能看到圓面的恒星只有參宿四,因為這顆星距離我們不太遠,直徑卻有太陽的上千倍。

因此,現(xiàn)在人類發(fā)現(xiàn)了太陽系外4000多顆行星,都不是“看到”的,而是“猜到”的??赡苡腥藭f了,原來科學(xué)家們也像我一樣瞎子估水,一擔兩桶的猜啊。其實科學(xué)家們的“猜”不是隨意地猜,而是計算。

天文學(xué)家們尋找太陽系外行星的方法

現(xiàn)在觀測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法。這兩種方法都要借助高科技的天文望遠鏡來觀測。

凌星法就是當行星正好運行到人們觀測恒星的視線中間時,會對恒星的光度造成影響,通過計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。

而引力攝動法是根據(jù)萬有引力定律來測算的。恒星與行星之間的引力作用,會讓恒星運動發(fā)生一定的改變,根據(jù)這個改變的大小和周期變化,就能夠計算出恒星的質(zhì)量和距離,以及運行的相關(guān)參數(shù)。

這幾種方法的綜合運用,得到的結(jié)果就是相當精確的。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”大多有牽強附會的成分,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,也不一定就會孕育和進化出生命來,比如金星和火星,都有進入過或有機會進入太陽的宜居帶,但并沒有孕育出生命。

只有二級以上文明才有可能被我們探測出來

依靠人類現(xiàn)有技術(shù),不要說對太陽系外生命進行觀測,就是有像人類這種文明程度的生命,也無法觀測到。只有當這個文明能夠影響恒星的運動和光變,比如制造戴森球包裹恒星,才可以通過觀測發(fā)現(xiàn)。這種文明至少要達到二級文明左右,而科學(xué)家評估的人類文明,現(xiàn)在只有0.73級。

NASA在上世紀七十年代發(fā)射的旅行者1號,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個像素大小的暗點,比陽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風吃醋,細思極恐。

而最近的恒星都有4.3光年,是64億公里的6356倍,現(xiàn)代最大的望遠鏡也看不到這粒灰塵,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,只分別有一個星周盤,也就是圍繞著恒星赤道形成一個塵埃盤。

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

因為比鄰星b在宜居帶。所謂宜居帶,就是行星距離自己的母恒星在恰當?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)家認為這顆行星上有可能會存在生命。但是事實是,比鄰星b由于距離比鄰星太近,早就被潮汐鎖定,就是永遠一面向著比鄰星,一面背著比鄰星。這樣就有一面永遠是白天,被恒星的熾熱輻射蒸烤,溫度永遠維持在數(shù)百攝氏度;而另一面永遠是黑暗,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)境也十分嚴酷

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

研究發(fā)現(xiàn),紅矮星在誕生早期,表面活動異常激烈,常會爆發(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,會摧毀比鄰星b向陽表面的一切;而且其公轉(zhuǎn)周期只有11天,那是多快的一個速度啊,這樣上面的風暴就遠比地球大多了。(上圖為地球上看太陽和比鄰星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酷很多。

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

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

在《三體》小說中,三體人受的罪比上面描述的比鄰星b還要嚴酷,三個太陽輪流炙烤,有時候會三個太陽同時出現(xiàn),烈焰燒毀地面的一切。但事實是,在比鄰星b上不會出現(xiàn)這種情況,因為比鄰星b雖然距離南門二A星和B星不算遠,只有0.22光年,但也不會受到它們的炙烤。

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為絕對星等,d0為10秒差距(約32.6光年),d為天體實際距離。

南門二A的絕對星等為4.45等,我們將其代入公式計算,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,最亮時為-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)境再怎么嚴酷,也不會像小說《三體》那樣受到三顆太陽的炙烤。而所謂三體艦隊入侵地球的故事就更純屬虛構(gòu)了,二級文明以下的科技文明,是無法逾越恒星際遠航的。

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,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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