宇宙中会存在三体系统吗?

我国当代知名科幻作家刘慈欣科幻小说《三体》荣获世界科幻文学界的最高奖项——雨果奖。最近几年来,《三体》系列红遍大江南北,被视为中国科幻文学的里程碑之作。伴随着《三体》小说的热销,三体问题也为众多的读者所熟知。刘慈欣在小说里构造出了一个复杂而迷人的宇宙体系,这样一个三体系统在现实宇宙中存在吗?

实际上,这样一个忽然很规律、忽然很紊乱的三体系统在宇宙中是不存在的,即使存在,也会很快崩溃。所谓的行星,要么飞离恒星要么飞向恒星。如果要像三体中说的那样时近时远,还能让一个文明产生,几乎是完全不可能的。

三体系统

三体系统

不过,《三体》小说中提到的的“三体人”所居住的恒星系统还真有“生活原型”,这就是半人马座α(南门二)三合星系统。半人马座α由三颗恒星组成,其编号分别为A星、B星和C星,其中半人马座α星C被命名为“比邻星”,是距离太阳最近的恒星之一,距离为4.22光年。由于半人马座α星系统距离地球很近,因此许多科幻小说都描述这里拥有与地球截然不同的世界和宇宙生物,存在着发达的宇宙文明。

令人震惊的是,就在2012年,天文学家竟然发现了在半人马座α星系统很可能有一颗地球大小的行星,围绕着其中的B星公转。不过遗憾的是,据计算,这颗行星上一年的周期仅有3天多,这说明该行星的公转轨道离它的“太阳”距离十分近,就像是我们水星的“超级沸腾”版,根本不可能有生命存在。

这个三体系统为什么如此稳定、并没有小说所描述的那样混乱呢?事实上,半人马座α并不是很标准的三体系统,而是一个双星系统加一个卫星恒星而已,是一种以2+1形式存在的“三体系统”。A星和B星以一个偏心率较大的椭圆轨道互相围绕旋转,公转周期为79.9年。较小的C星(比邻星)则在遥远的0.2光年之外以50万年以上的周期围绕A、B星的质量中心缓慢公转,由于比邻星离A、B星实在是太远了,最后很可能飞离半人马座α星系统。也有科学家认为,比邻星本来就是个过客,当然会要离开α星继续在宇宙中漂流了。

三体系统

三体系统

天上有两个太阳

如果半人马座α星系统真像小说中所说的那样,有一颗距离A、B星适中的、跟地球大小相似的行星,毫无疑问,其运行轨道不会那么疯癫,而是跟地球一样很稳定。如果我们身处在那样的行星,会看到怎样一幅图景呢?

喜欢《星球大战》的读者大概会记得天行者卢克的家乡塔图因,那是一个有着两颗橙色太阳照耀的星球,双倍的阳光使得塔图因成为一个沙漠的世界。很显然,塔图因是在围绕着一对双星运转,在那里,人们肯定说不出“天无二日”这样的话。但是,在那样的双星世界里真会有塔图因这样的行星吗?

在宇宙中,像太阳这样孤独的恒星是少数,多数的恒星都是两个或两个以上汇聚在一起,组成双星或者聚星。多年来,天文学家一直认为双星系统不会拥有行星,因为在双星系统中,行星很可能不是被其中一颗恒星吸进去就是被甩到宇宙空间。但随着观测技术的不断提高,天文学家已经在越来越多的双星系统中发现了行星。

在那里运行的行星确实比较复杂,其轨道分为两种:一种是在外围同时绕两个恒星运转,称为外围轨道;一种是只绕其中一个恒星运转,称为内部轨道。

三体系统

三体系统

在外围轨道上运转的行星,如果距离双星非常遥远,就是大外围轨道,这时行星将会沿椭圆形轨道同时绕这两颗恒星运行,跟地球绕太阳旋转没什么区别。尽管天上总是有两颗太阳同时照耀,但由于距离非常遥远,这颗行星无疑会和冥王星一样寒冷。行星如果很靠近双星,就是小外围轨道,遍布沙漠的炎热的塔图因就是这一类行星,两颗太阳会如同《星球大战》中演的那样结伴同升同落。有意思的是,近距离围绕双星的行星,其所受的双星引力开始变化无常起来,这时行星的运转必须与双星绕转的方向相反,逆向而行,否则整个系统将无法稳定存在,行星不是被恒星吞了就是要飞出去。因为行星在顺行时会被双星带着猛跑,结果无法控制自己,最终导致失衡。