寻找三体文明：五环外4.2光年发现液态水,或许另一个宜居星球

2016年8月25日，天文学家在Nature发表论文宣布，在离太阳系最近的比邻星（就处于《三体》中描述的星系）发现了一颗宜居类地行星。这颗行星距地球4.2光年，很可能是离地球最近的一颗系外行星，而这颗行星竟然恰好就是处于宜居带中的类地行星，可能有液态水存在。

左边的亮星是半人马-alpha，中文名南门二，全天最亮恒星之一，离我们最近的恒星系统，澳大利亚国旗上南十字左边的那颗大星，三体人和纳美人共同的故乡。但我们看到的这颗亮星，是本次新闻的主角么？——其实不是。这是南门二的“三体”系统。

左边的亮星是半人马-alpha，中文名南门二，全天最亮恒星之一，离我们最近的恒星系统，澳大利亚国旗上南十字左边的那颗大星，三体人和纳美人共同的故乡。

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但我们看到的这颗亮星，是本次新闻的主角么？——其实不是。

这是南门二的“三体”系统。左下的太阳是用来比较大小的。可以看到，在大约太阳系的尺度上，南门二A和南门二B这两个跟太阳差不多大的恒星在一个有点椭的轨道上相互绕转。二者最近距离是不到10个天文单位，相当于土星轨道内侧，最远距离也就天王星以外，20几个天文单位而已。

这张图片展示了一些天体的大小比例，包括南门二双星和比邻星，以及其他一些大小已经被甚大望远镜干涉仪（VLTI）精确测量的恒星。太阳和木星也被绘制在图中，作为对比。可以看出，比邻星是一颗非常小的恒星，直径甚至只比木星大一点点。图片来源：ESO

“黯淡红点”项目获得的观测数据，结合欧南台及其他天文台此前对比邻星的观测，揭示出了明确的信号，指向了一个真正令人激动的结果。有时，比邻星以每小时大约5千米的速度靠近地球，大概相当于人类正常的步行速度，有时它又以同样的速度远离地球。径向速度上的这种有规律的变化模式，每过11.2天就会重复出现一次。根据多普勒效应，这样的径向运动会导致比邻星的光谱发生微妙的偏移。通过对这些偏移的细致分析，科学家推断那里存在一颗质量至少为地球1.3倍的行星，在大约700万千米的距离上绕着比邻星运转——这个距离只有太阳到地球距离的5%。

翻译做比邻星的Proxima Centauri，也就是南门二C，这个三星系统中质量最小的一个成员。它也被画在了这张图上，但只有直径是按比例的——它距离南门二A、B有足足15000个天文单位，远远超出了这张图的范围——按比例画的话，它应该被画到几十米开外（具体视你的阅读设备尺寸而定）。

这就是本位面的“三体”。不存在什么三星混沌绕转、三体人生无可恋的情况。在上千倍的距离差别下，在比邻星的眼中，南门二A、B仿佛早已融为一体，其对比邻星产生的引力与单个质点并无什么太大差别。这是一个非常稳定的系统——事实上我们能看到的三星、多星系统几乎都是稳定的。不稳定的系统会在很短时间内瓦解，成员星要么相撞，要么被甩出系统外。其瓦解的时标与那些稳定系统存在的时标相比几乎可以忽略不计，因此我们在观测中也几乎不可能遇到这样的系统。

不像南门二A、B那样明亮温暖，比邻星是一颗相当暗淡的恒星。它的直径只有太阳的14%，质量只有太阳的12%——它的光度更是只有太阳的0.15%，这也是为什么离太阳最近的这颗恒星，竟只有11.1等的惨淡星等。

要在这样暗淡的恒星旁成为一颗宜居行星——正如本次Nature文章所发现的比邻星b那样——行星需要距离母星非常、非常近。

文章报告，比邻星b距离比邻星仅有0.05个天文单位，公转周期11.2天。这么近的距离，这颗行星几乎一定会无可救药的被母星潮汐锁定——只有一面始终面向自己的母星。这是人们一直在担心的，这样不幸的行星，还能有生命吗？

发现这颗行星只是一个开始，未来天文学家将对它展开更全新的观测，不论是使用现有设备，还是使用下一代的巨型望远镜，比如欧洲特大望远镜（European Extremely Large Telescope，E-ELT）。比邻星b将成为在宇宙中其他地方搜寻生命存在证据的首要目标。事实上，半人马座α南门二系统也将是人类首次尝试星际旅行，也就是所谓的“突破摄星”计划的目的地。

吉列姆·安格拉达－埃斯契德总结说，“尽管已经找到了许多系外行星，而且未来还会找到更多，但搜寻最近的类地行星并取得成功，对我们所有人来说都是终生难得的一次体验。许多人的故事和努力都汇聚于这一发现。这个结果对于他们所有人来说也是一份大礼。接下来的任务是，在比邻星b上寻找生命……”

（这是我用SpaceEngine生成的比邻星b的模拟图，潮汐锁定的行星如果有大气，会由于稳定的温差而产生笼罩半个行星的巨大气旋。）

除了直观容易想见的冷热不均这个问题，还有很多理由让人怀疑红矮星旁潮汐锁定行星的宜居性：

1、红矮星温度低，光谱峰值偏红。比邻星的温度是约3000K，光谱峰值已经跑到了900多纳米。光合作用机制不得不利用能量更低的光子。而且由于光谱更加扁平，峰值不那么明显，跟地球人只需要适应很窄的波长范围就能获得高性价比的视觉不同，红矮星旁的生物需要能够适应宽的多的波长范围。

2、红矮星本身更不稳定。它的表面可能产生占比过大的黑子，使其亮度不时发生显著的变化。红矮星的耀斑爆发事件也比太阳猛烈得多，可使其全波段辐射增强4个数量级，相当于等效温度提升10000K。

XMM-Newton X射线卫星观测到的比邻星的耀斑爆发事件，

（XMM-Newton X射线卫星观测到的比邻星的耀斑爆发事件，Güdel et al. 2002, 2004）

3、红矮星的磁场更强。太阳的磁场只有1高斯，而比邻星的磁场有600高斯。强磁场会压制其行星的磁层，甚至完全摧毁行星磁层对高能粒子的屏蔽作用，让太阳风长驱直入，威胁地表生命。而且在离母星很近的情况下，太阳风的剥蚀作用更显著，可能让行星过快的失去大气层。

不过相比发现行星本身所涉及物理图景的简明、技术的可靠，关于行星表面的事情还有太多的模型依赖，所以这一块实在是众说纷纭，不好一棍子打死，也不好一棍子打活。

这篇Nature文章自己表示，这部分的争论很激烈，比如：

1、只有一面晒太阳，固然温度会有差别，不过在全球大气和洋流的热量输运下，阴阳两面的温度差未见得会那么极端。

2、有些研究认为，行星磁场是可能强到阻绝红矮星强磁场、太阳风的威胁的。

3、比邻星b确实受到比地球强400多倍的X射线，但有研究认为由于X射线的光解导致行星大气中水分子流失的情况没有那么严重。

所以现在还不好肯定或排除比邻星b的宜居性。不过这些事，可能短时间内还说不清，且让学界的子弹再多飞一会儿。

另一张比邻星b的SpaceEngine模拟图……）

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