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    地球流浪到比鄰星靠譜嗎?南門二A或更適合

     萬物史話 2023-05-30 發(fā)布于北京
    春節(jié)期間,《流浪地球2》爆火,
    口碑爆棚,票房大賣,
    不愧是中國科幻電影天花板。
    故事的背景是,
    太陽極速老化,加速膨脹,
    地球100年后將被太陽徹底吞沒。
    (順便了解下真實(shí)的太陽的未來)

    亡球滅種之際,
    人類提出“流浪地球”計(jì)劃,
    “帶球”逃離太陽系,
    開啟長達(dá)2500年的宇宙流浪,
    目標(biāo)是4.24光年外的
    半人馬座α星之比鄰星。

    眾所周知,
    半人馬座α星是三體人的家園。
    那里環(huán)境惡劣,
    以至于三體人才想著入侵地球。
    但那畢竟是小說,
    真實(shí)的半人馬座α是怎樣的?
    地球流浪計(jì)劃靠譜嗎?


     01 
    半人馬座α星紊亂嗎?

    在《三體》小說中,
    三體世界有三顆恒星,運(yùn)行沒有規(guī)律,
    隨時(shí)會(huì)使星系中的文明遭遇滅頂之災(zāi)。
    現(xiàn)實(shí)中的半人馬座α星也是如此嗎?
    其實(shí),并非如此。
    半人馬座α星(也叫南門二
    的確由三個(gè)恒星組成,
    他們分別為A星、B星和C星(比鄰星)
    但他們構(gòu)成的不僅是三星系統(tǒng),
    更是復(fù)合的雙星系統(tǒng)
    首先,A星和B星構(gòu)成相互繞轉(zhuǎn)的系統(tǒng),
    然后,C星圍繞這個(gè)雙星系統(tǒng)公轉(zhuǎn)。

    這一運(yùn)行關(guān)系是由恒星之間的
    距離和質(zhì)量關(guān)系決定的。
    A星和B星,
    最近距離是11.2 AU(16.8億公里),
    大約相當(dāng)于太陽和土星之間的距離;
    最遠(yuǎn)距離是35.6 AU(53.3億公里),
    相當(dāng)于太陽和冥王星之間的距離。
    平均距離是23 AU。

    (由于A、B星距離太近,而他們距離地球又太遠(yuǎn),因此在地球上僅憑肉眼不能將它們分辨開來。他們看上去是一個(gè)非常亮的恒星,古人將其命名為南門二,是僅次于天狼星和老人星的夜空中第三亮星。)

    而C星(比鄰星)距離A、B星很遠(yuǎn),
    約15055 AU (0.23光年)。
    AU,即天文單位
    其數(shù)值為地球和太陽間的平均距離,
    約1.5億公里。

    關(guān)于這三顆恒星的質(zhì)量,
    A星為1.1太陽質(zhì)量,
    B星為0.91太陽質(zhì)量,
    C星僅為0.123太陽質(zhì)量。

    因?yàn)锳、B距離近,質(zhì)量差不多,
    故相互繞轉(zhuǎn),
    其公轉(zhuǎn)周期為79.91年;
    因?yàn)镃的質(zhì)量比A、B星輕很多,
    又距離A、B星很遠(yuǎn),
    故只能圍繞A、B星公轉(zhuǎn),
    其周期約為547000年。

    據(jù)此,三體人所在的恒星系,
    雖然以半人馬座α星為原型,
    但真實(shí)的半人馬座α星,
    其整個(gè)星系的運(yùn)動(dòng)軌跡是不復(fù)雜的,
    也談不上紊亂。


     02 
    比鄰星的行星宜居嗎?

    作為太陽系最近的鄰居,
    半人馬座α星有適合居住的星球嗎?
    在《三體》推出整整10年后的
    2016年,科學(xué)家竟然真的在比鄰星中
    發(fā)現(xiàn)了行星的蹤跡,
    這就是比鄰星b(Proxima b)。
    2020年,科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了一顆行星,
    被命名為比鄰星c。
    2022年,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了第三顆行星,
    被稱為比鄰星d。

    (圖為比鄰星系,比鄰星b軌道半徑為0.047AU,比鄰星c軌道半徑為1.5AU,很明顯,比鄰星c是不宜居的,故本文不做討論。)

    據(jù)了解,
    比鄰星b質(zhì)量約為地球的1.3倍,
    半徑約為地球半徑的1.1倍,
    公轉(zhuǎn)周期約11.2天,
    表面溫度為-39℃,
    距比鄰星約700萬千米(0.047AU)。 
    相較之下,距離太陽最近的水星的
    軌道半長軸為0.39天文單位。

    雖然比鄰星b距離母恒星很近,
    但由于比鄰星本身是顆紅矮星,
    質(zhì)量為太陽的0.123倍,
    光度僅為太陽的1.55‰,
    表面溫度2800K,不到太陽的一半,
    這使得行星比鄰星b仍然處于
    比鄰星的“宜居帶”。

    但由于比鄰星b離母恒星太近了,
    因此它有可能被潮汐鎖定,
    就像月球被地球潮汐鎖定一樣,
    一面一直對(duì)著母恒星,
    一面則一直處于黑暗之中。

    即便不像月球之于地球那樣,
    公轉(zhuǎn)周期等于自轉(zhuǎn)周期;
    大概也會(huì)像水星之于太陽那樣,
    兩個(gè)公轉(zhuǎn)周期等于三個(gè)自轉(zhuǎn)周期。
    如果這樣的話,
    比鄰星b上的氣候環(huán)境會(huì)更加溫和,
    平均溫度接近地球。

    (行星比鄰星b的表面狀況美術(shù)概念圖,遠(yuǎn)處地平線上的大恒星是比鄰星,它的右上方兩個(gè)較小的亮點(diǎn)是半人馬座αA和半人馬座αB)


    然而,擁有適宜溫度的宜居帶
    就一定宜居嗎?
    當(dāng)然不是!
    除此之外,
    還與恒星耀斑行星磁場(chǎng)有關(guān)。

    眾所周知,
    在太陽的局部區(qū)域,經(jīng)常有耀斑發(fā)生,
    然而,從規(guī)模和頻率上看,
    比鄰星(M型恒星)的耀斑
    比太陽(G型恒星)的耀斑
    規(guī)模要大得多,也頻繁得多。

    (與太陽這類G型恒星不同的是,K型和M型恒星有著更頻繁的耀斑活動(dòng),且由于這些恒星比太陽更小,其宜居帶也會(huì)更窄,所以,在K型和M型恒星周圍,生命存在的條件要更加苛刻些。)

    2016年3月,
    科學(xué)家觀測(cè)到比鄰星的一次超級(jí)耀斑,
    它的熱輻射能是通常耀斑的10倍,
    光學(xué)波段能量是通常耀斑的30倍。
    這個(gè)超級(jí)耀斑爆發(fā)時(shí),
    比鄰星的星等增加到6.8等。

    (從半人馬座比鄰星b上看到的恒星耀斑藝術(shù)想象圖)

    2019年5月,
    比鄰星表面出現(xiàn)的一個(gè)超級(jí)耀斑
    更是令人吃驚。
    7秒之內(nèi),比鄰星的亮度暴增1.4萬倍,
    大概相當(dāng)于人類有記載以來
    最大太陽耀斑的100倍。

    考慮到比鄰星b到比鄰星的距離
    是地球到太陽距離的1/20,
    在如此頻繁和高能的比鄰星風(fēng)暴襲擊下,
    比鄰星b要想誕生出生命,
    必須滿足一個(gè)條件,
    那就是擁有強(qiáng)大的磁場(chǎng)。

    問題是,比鄰星b的磁場(chǎng)強(qiáng)大嗎?
    我們可以拿水星做下對(duì)比,
    如果水星之于太陽,
    猶如比鄰星b之于比鄰星,
    而水星的磁場(chǎng)強(qiáng)度
    只有地球磁場(chǎng)強(qiáng)度的1/100,
    那么,很明顯,
    比鄰星b的磁場(chǎng)強(qiáng)度很低。
    在行星磁場(chǎng)強(qiáng)度很低,
    而母恒星風(fēng)暴又很強(qiáng)的情況下,
    比鄰星b是很難產(chǎn)生大氣層的,
    也是很難誕生出生命的。
    考慮到它的地表溫度和地球差不多,
    即便有生命誕生,
    也不會(huì)是人類。

    綜上,比鄰星b雖然處于宜居帶,
    但其所處的環(huán)境過于惡劣,
    因此是談不上宜居的。


     02 
    地球流浪到半人馬座α的
    A、B星周圍,靠譜嗎?

    既然比鄰星系不宜居,
    那么就來看看半人馬座α的A、B星。
    先來看看這個(gè)雙星系統(tǒng)的距離,
    如前文所述,
    其最近距離為11.2個(gè)天文單位,
    遠(yuǎn)大于地球與太陽之間的1個(gè)AU。

    再來看A星,
    它的質(zhì)量和半徑比太陽稍大一點(diǎn),
    但他們都屬于G型星,
    這意味著恒星風(fēng)暴不會(huì)太強(qiáng)太頻繁。
    最后看B星,
    它的質(zhì)量和半徑比太陽稍小一點(diǎn),
    但它是K型星,這意味著
    它的恒星風(fēng)暴比A星更強(qiáng)更頻繁。
    綜上,對(duì)流浪的地球來說,
    A星是最好的母恒星選擇。

    天文學(xué)研究已證實(shí),
    宇宙中的恒星
    多數(shù)不會(huì)像太陽一樣“孤獨(dú)地”運(yùn)轉(zhuǎn),
    而往往會(huì)伴隨另一顆恒星,
    并且兩者相互環(huán)繞運(yùn)轉(zhuǎn)。
    但也有科學(xué)家認(rèn)為,
    太陽也是雙星系統(tǒng),它有一個(gè)伴星,
    每隔2600萬年回歸一次,
    地球的周期性物種大滅絕就是其造成的,
    不過目前尚未有證據(jù)證明其存在。

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