三體系統又發現新成員:一顆可能擁有光環的行星

2020-04-22     科學求知者

在劉慈欣的小說《三體》中,有一個神秘的三體世界。這個世界位於一個三合星系統中,也就是這個系統中擁有著三顆恆星和一顆行星。這個三體世界在現實生活中是有原型的,那就是比鄰星。不過,在比鄰星的世界裡,可不止有一顆行星。

比鄰星系

比鄰星的官方名稱是半人馬座α星C,和半人馬座α星A以及半人馬座α星B構成了一個三合星系統。其中,半人馬座α星A和B組成了一個雙星系統,被稱作南門二。而我們通常稱為比鄰星的半人馬座α星C,目前被認為是圍繞著這個雙星系統公轉的一顆恆星——完全沒有存在感。

(圖片說明:比鄰星系效果圖,左上角是南門二雙星系統,比鄰星在右下角幾乎看不到)

由於三顆恆星之間的相互運動,它們也不是永遠都處於現在這樣的相對位置上。目前來說,比鄰星距離我們4.25光年,是宇宙中距離太陽系最近的恆星。隨著它們的公轉,半人馬座α星C會在某一天運行到比另外兩顆恆星更遠一點的位置上。因此,如果從名稱含義的角度上來說,三顆恆星應該輪流被稱作比鄰星

雖然劉慈欣創作《三體》的時候是通過自己的想像力描繪出了比鄰星系的行星,但2016年的時候,天文學家果然在比鄰星系發現了系外行星,這就是比鄰星b。令人驚訝的是,它是一顆類地行星,半徑約為地球的1.07倍,質量是地球的1.63倍,和地球非常相似。

比鄰星b是歐洲南方天文台發現的,官方名稱叫做Alpha Centauri Cb(縮寫α Cen C b)。它以0.0485個天文單位距離的軌道上圍繞比鄰星公轉,這個距離雖然不足日地距離的1/20,但由於比鄰星表面溫度也只有太陽的一半左右(3042K),所以這顆行星表面的平均溫度反而比地球還低,大概只有-39攝氏度,還算是處於宜居帶。

不過,這也不代表比鄰星b就是一顆宜居行星。科學家認為,像比鄰星這樣的紅矮星有著強烈的遠紫外輻射,很容易剝離行星的大氣。因此,就算傳說中的三體人真的存在,恐怕這裡的環境對它們也並不友善。

比鄰星c?

在2017年的時候,天文學家就已經在懷疑,認為比鄰星可能不止擁有一顆行星。

(圖片說明:比鄰星b假想圖)

今年1月15日,希臘克里特大學的天文學家Fabio Del Sordo和義大利都靈天體物理觀測站的同事Mario Damasso在《科學進展》雜誌上發表了最新的觀測結果,指出比鄰星c真的存在。他們利用歐洲南方天文台高精度徑向速度行星搜索器(High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher,縮寫:HARPS)和紫外可見分光光度計(Ultraviolet and Visual EchelleSpectrograph,縮寫:UVES)在17年內的數據,發現比鄰星出現了一次異常的搖擺,而搖擺又導致了光譜的偏移,這很有可能是另一顆行星導致的。2019年4月時,他們曾經宣布過這個消息,但當時還是懷疑,不過這一次顯然比較有信心了。

實際上,比鄰星b就是天文學家通過這種方法發現的,這就是徑向速度法,也是目前尋找系外行星最有效的手段。只不過,由於比鄰星c對質量和距離因素,導致它對比鄰星的影響非常小,每秒只有幾米的偏差,給觀測帶來了極大的難度,需要將近20年的時間以及上述兩台先進設備聯合工作的條件下才能發現。

(圖片說明:徑向速度法發現系外行星的原理示意圖)

那麼,Damasso和Del Sordo在2019年4月宣布有可能發現比鄰星c後,隔了9個月才終於發表論文呢?原因在於,2017年,研究人員在利用位於智利的射電望遠鏡 "阿塔卡馬大毫米波/亞毫米波陣列"(ALMA)觀測比鄰星的時候,恰好發現了一個奇怪的信號,有可能是比鄰星c存在的另一個證據。可惜,此後雖然不斷請求,他們都沒有機會重新使用該望遠鏡來尋找證據。後來,歐洲航天局的蓋亞衛星對銀河係數十億恆星的觀測結果,也為比鄰星c 的存在提供了一點點側面證據,所以他們才終於發表論文。不過,直到現在,比鄰星c的真正身份,仍然有待確認。

第二個土星?

之所以說蓋亞只提供了一點證據,那是因為數據雖然傾向於比鄰星c的存在,但是亮度卻比同等質量行星高了10-100倍。為了解釋這個現象,他們推測,比鄰星c周圍或許有大量的塵埃,或者是一個行星環,導致了亮度的偏差。如果行星環推測正確,那麼比鄰星c的外形,看起來大概和土星差不多,而且這個行星環的規模是土星環的3-4倍。

(圖片說明:擁有巨大光環的土星,如果比鄰星c也有光環,還要比這大3倍左右)

通過比鄰星的搖擺,他們推測比鄰星c的質量在地球的6-8倍之間,這個質量暗示它很可能是一顆氣體行星,屬於一顆迷你海王星。觀測顯示,比鄰星c的軌道周期大約為1900天,也就是大約5.2個地球年——這個距離足以讓它遠遠超出了比鄰星的雪線,變成一個非常寒冷的世界,溫度可能和太陽系的柯伊伯帶差不多,不到-200攝氏度。

比鄰星c雖然比第一顆「三體行星」距離宿主恆星更遠,但是比鄰星的強大輻射還是很可能十分強烈。不過天文學家認為,比鄰星c 的磁場比較強,因此在它的上空,磁場和比鄰星的恆星風時刻進行著「白熱化」的廝殺,那就是持續不斷的極光

(圖片說明:哈勃望遠鏡拍攝到的比鄰星照片)

根據一些太陽系模擬的數據顯示,外層行星在形成的早期會把更遠處的彗星甩到內側轟炸那裡的行星。而且,比鄰星c比內側的比鄰星b大得多,和太陽系的布局一樣,因此,它對比鄰星b來說可能並不會太友善。

接下來的觀測——喜憂參半

隨著地球的公轉,大約在7月份的時候,比鄰星系將會被太陽的光芒所遮擋,導致我們無法觀測,直到2021年2月才能重新觀測。因此,2020年給我們留下的,只有大約2個月的時間。然而隨著新冠肺炎疫情的發展,最近我們似乎很難再有新的突破。

(圖片說明:2016年,哈勃太空望遠鏡拍攝到迄今為止最清晰的南門二A星和B星)

不過,除了壞消息之外,更多的還是好消息。

由於比鄰星c距離比鄰星相對比較遠,因此在地球上看,兩顆天體在大距的情況下角度相對比較大,因此可以利用尋找系外行星時比較罕見卻有效的方法——直接成像法,行星成像光譜高對比度系外行星研究儀(SPHERE)在這方面非常擅長。

不僅如此,霍金生前曾經投資的突破攝星計劃,也有可能加入到對比鄰星c的觀測中來。而且,他們的目標不僅僅是觀測比鄰星系,甚至還包括發射數千個納米級微型太空飛船,以理論上的20%光速前往比鄰星進行實地觀測,向人類講述那裡的一切。

(突破攝星計劃)

作為距離太陽系最近的恆星系統,比鄰星系一直受到了大家廣泛的關注。其中原因不僅僅在於《流浪地球》等科幻作品裡描述的是人類的下一站,更在於如此近的距離給我們提供了一個絕佳的觀測機會。可以確定,天文學家還會持續觀測比鄰星系的一切風吹草動。就算那裡沒有傳說中的三體人,也一定會有我們想知道的宇宙秘密。

文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-cn/yf5AonEBiuFnsJQVinfK.html