双太阳:一个更好?

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


昨天,格雷格·莱登发布了一条诱人的片段,来自一份新闻稿,宣布美国宇航局(NASA)将举行新闻发布会(今天美国东部时间下午 2 点,届时禁令解除),预示着开普勒任务的一项新发现。会是什么呢?也许......外星人???或者更奇怪的东西?这里有一个线索:“来自卢卡斯影业有限公司旗下工业光魔(ILM)的代表将与科学家小组一起讨论这项发现。”

在最初的《星球大战》电影中,更令人难忘的场景之一是心灰意冷的卢克·天行者茫然地凝视着他沙漠般的家乡塔图因天空中落下的两个太阳。这些“太阳”是 G 型和 K 型双星(被称为塔图一号和塔图二号——我查过了,好吧?)。这颗行星的表面非常炎热干燥,人类居民生活在地下,并“耕种”他们能搜集到的任何水分。这是一个非常严峻的生存环境。难怪年轻的天行者如此渴望离开。

这不是唯一一颗拥有两个太阳的科幻行星。每个人最喜欢的拥有灵魂的吸血鬼,《天使》,在第二季中有一个漫长的故事线,背景设定在一个看似田园诗般的维度世界,称为皮利亚,它也有两个太阳——并且显然有不同种类的阳光,因为天使很高兴地发现,当皮利亚的阳光照射到他身上时,他不会自燃,他欣喜若狂地说:“大家注意到我没有着火吗?”在皮利亚,人类是奴隶,而占据统治地位的角魔族对音乐毫无概念。这就是为什么每个人最喜欢的卡拉 OK 爱好者、共情恶魔洛恩(又名死亡沃克氏族的克雷弗洛恩斯沃思)最初离开皮利亚的原因。他对音乐的热爱使他成为一个怪胎和一个被遗弃者。


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嗯哼。重点是,这个“拥有两个太阳的世界”是很常见的比喻。因此,科幻和奇幻迷们应该对美国宇航局特别新闻发布会的原因感到兴奋:开普勒科学家在 9 月 15 日出版的《科学》杂志上发表的一篇全新论文,报告了一颗大小与土星大致相同的行星的发现,它有“两个太阳”——也就是说,它围绕着双星系统中的两颗恒星运行。太棒了!让我们暂停片刻,跳一支欢乐之舞!

说真的,这是非常棒的消息。沙鼠、班萨兽、沙拉克兽或克雷特龙的发现还会远吗?嗯,也许吧。让我们快速看看我们首先需要什么才能让这样的行星 (a) 形成,以及 (b) 持续足够长的时间来孕育适合生命存在的条件——任何生命,不一定是流亡的绝地武士类型,或死亡沃克氏族的绿色皮肤角魔族成员。

双星系统在我们的宇宙中非常常见。但是它们能形成行星吗?好消息:是的,它们可以!天文学家过去不认为会这样。在像我们太阳系这样的单星系统中,一颗年轻的恒星被尘埃和气体组成的吸积盘包围,这些尘埃和气体逐渐开始在数百万年的时间里聚集在一起,并且随着冷却,这些团块变成岩石,形成原行星的核。这些原行星会(通过引力)吸引越来越多的碎片,直到瞧!你就得到了一颗完整的行星。

在双星系统中,情况会变得更加复杂,因为你会有相互竞争的引力,这会干扰这个吸积过程。否则会形成行星的尘埃和气体可能会在行星完全形成之前从系统中喷射出去。

但事实证明,这并不是形成行星的唯一可能模型。去年,田纳西州立大学的天文学家发现了一颗类木行星,它围绕着一对双星中的一颗恒星运行,他们将其命名为因拉克鲁克。这促使他们提出了双星系统中行星的另一种“引力坍缩”模型。是的,它为行星形成创造了一个动荡的环境,但它也可能导致尘埃和气体的“过度密集”区域,密度足以使云层的引力迅速坍缩,并在短短数千年内形成行星——也是巨大的行星,与气体巨行星木星相当。

太棒了!行星可以在双星系统中形成。下一个问题是,这样的行星是否具有稳定的轨道,而在这里,我们在真实世界塔图因的梦想中得到了现实的检验。

由于两颗恒星的相互引力,双星系统中的大多数行星都具有不稳定的轨道。通常,会发生以下两种情况之一:新生行星与其中一颗母恒星碰撞,或者被喷射出系统。但是,在某些情况下,双星系统可能具有稳定的轨道。

例如,如果两颗恒星非常靠近,但所讨论的行星距离较远,则其轨道会有点摇摆不定,但在其他方面是稳定的。或者,如果恒星彼此相距遥远,并且行星仅围绕其中一颗恒星运行,则轨道将相当稳定,因为引力拉锯战将减弱。

这就是最新的开普勒发现如此不寻常的原因:这颗行星正在围绕双星系统的两个成员运行——天文学家一直怀疑可能会发生这种行为,但直到现在才能够观察到这样的行星凌日。(行星凌日是指当行星从恒星前方经过时,恒星的光线变暗时发生的情况——天文学家用来定位系外行星的方法之一。)由 SETI 研究所的劳伦斯·道尔领导的研究团队使用了美国宇航局开普勒太空望远镜收集的数据,该望远镜跟踪超过 150,000 颗恒星的亮度,以找到这颗不太可能的行星。

具体来说,他们注意到一个双星系统有两次日食:一次是当这对双星中较小的那颗恒星部分遮挡了它较大的同胞时,另一次(次级)日食是较大的恒星遮挡了较小的那颗恒星。自然地,这些日食导致了相应的亮度下降,开普勒对此进行了适当的测量。

但是,道尔等人。注意到了其他的亮度下降——如果你愿意的话,可以称为第三次和第四次日食,这不能归因于恒星本身处于日食位置。这强烈暗示了一颗行星或其他轨道物体的存在。

从数据中也很清楚,这个物体正在围绕着两颗恒星运行,因为额外的“变暗事件”(日食)以不规则的间隔发生,因此两颗恒星每次第三个天体经过时都必须处于轨道上的不同位置。道尔的团队测量了所有四个日食中每一个的时间变化,并计算了所有三个天体之间的引力相互作用,得出的结论是,这个神秘的物体确实是一颗行星,大小与土星大致相同,每 229 天绕其母星运行一次。(一项单独的分析显示,这对双星每 41 天互相绕行一次。)

它与塔图因饱受摧残的沙漠环境截然不同(当然也与皮利亚的田园风光不同)。这颗新发现的行星被命名为开普勒 16b——有没有卢卡斯影业的人可以帮助美国宇航局想出一个更吸引人的名字?——它真的非常非常冷(至少零下 100 华氏度,只适合神话中的霜巨人),而且可能不适合生命存在。这是因为开普勒 16b 的两个太阳比我们自己的太阳更小更冷。

对于双太阳行星的研究来说,今年是丰收年。今年 4 月,苏格兰圣安德鲁斯大学的天文学家杰克·奥马利·詹姆斯与人合著了一篇论文,该论文基于计算机模拟,假设拥有多个太阳的类地外星行星也可能拥有黑色或灰色而不是绿色的树木和灌木

光合作用——将阳光转化为能量——是地球上大多数生命的基础。它是植物以及食物链中更高级的动物的能量来源。有了多个光源,生命可能已经适应了利用所有太阳,或者可能会发展出选择使用特定太阳的不同形式。对于表面部分长时间仅被一颗太阳照亮的行星来说,这可能是更可能的选择。

“如果在拥有两颗或更多恒星的系统中发现一颗行星,那么可能会有多种能源可用于驱动光合作用,”他在当时的一份声明中说。“恒星的温度决定了它的颜色,从而决定了用于光合作用的光的颜色。根据它们星光颜色的不同,植物的进化方式会大相径庭。”当然,前提是这颗行星不是冰冷的,从而使其表面根本不可能生长植物。

因此,科幻小说似乎正在迅速变成科学事实。我们不仅对拥有双太阳的系外行星的存在进行了实验证实,而且这些太阳可能会发出不同种类的光(能量),这对它可以维持的植物群(和动物群)产生影响。我们热切期待一篇关于这种阳光是否特别适合吸血鬼的科学论文。如果是这样呢?那我们就跳舞吧!

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