「宜居行星」，對三體人來說都 不！宜！居！

8月25日，歐洲南方天文台宣布，他們在距離太陽最近的恆星——半人馬座比鄰星（Proxima Centauri）周圍發現一顆繞行行星「比鄰星 b」（Proxima b）。比鄰星 b的出現引發了巨大的反響，不僅因為科幻照進現實——它是劉慈欣筆下「三體」系統中最小的一顆紅矮星的行星，更有人將其稱作「第二個地球」，而科學家已經宣布「開始在上面搜尋生命」。

比鄰星 b 到底有多宜居？事實上，研究者現在尚未完全掌握與其宜居性有關的關鍵數據，學界對此仍然爭論不休而就目前已有的信息來看，這顆與三體設定極為接近的星球，連三體人都很難在上面生存。

編譯 劉小鷗

編輯 吳蘭

劉慈欣將與人類對抗的「三體文明」設定在距太陽系最近的恆星系半人馬座α（Alpha Centauri，俗稱「南門二」），三合星系統中的這顆最小的紅矮星被稱為半人馬座比鄰星（Proxima Centauri）；而北京時間8月25日凌晨1時，歐洲南方天文台（ESO）召開新聞發布會，宣布發現了一顆繞行半人馬座比鄰星的行星——比鄰星b（Proxima b）。這顆岩質行星的質量略大於地球，適宜的溫度使其表面可能存在液態水。它是距離我們最近的系外行星，也可能是太陽系外距離最近的、存在生命的星球。該研究的論文已於2016年8月25日發表在《自然》雜誌上（A terrestrial planet candidate in a temperate orbit around Proxima Centauri，論文詳細信息見文末）。

媒體為之雀躍，研究者似乎在距離太陽系僅4光年的「附近」發現了地球的「兄弟」，但事實上，我們幾乎可以肯定，它並不是第二個地球。

研究項目組成員、倫敦瑪麗女王大學天文學家 Guillem Anglada-Escudé 介紹，由於暫時缺乏行星大氣的觀測數據，研究人員暫時無法確定其確切的表面溫度，目前推測其可能的表面溫度範圍從零下33攝氏度直至上百度，因此更無法確認行星表面是否真的具有液態水——學界對這顆行星宜居性仍爭論不休，而這顆行星諸多不尋常的特點也加深了人們對其宜居性的質疑。而就目前得到的信息來看，即便對三體人而言，比鄰星b 惡劣的環境條件，也是一個巨大的生存挑戰。

環境條件一：沒有晝夜，不分季節

比鄰星b 位於比鄰星宜居帶，但由於比鄰星自身溫度太低，它的宜居帶極為靠近恆星，且範圍遠小於水星與太陽間的距離，極為狹窄。科學家曾一度認為，由於潮汐鎖定等原因，類似比鄰星這樣的紅矮星周圍並不太可能出現宜居星球。

潮汐鎖定是指天體永遠以同一面對著另一個天體。月球就是一個典型案例，在地球上僅能觀察到同一面的月球。太陽系中許多衛星也是如此，由於其運行軌道與繞行母星十分接近，當兩者間距離減少時，潮汐力劇增。

比鄰星宜居帶、Proxima b繞行軌道與太陽系水星繞行軌道對比圖。Proxima b距比鄰星距離遠小於水星至太陽間的距離。比鄰星宜居帶十分靠近恆星且範圍很窄。（圖片來源：ESO，參考文獻[3] ）

多普勒頻移分析表明，比鄰星 b 距離比鄰星約700萬千米，以11.2個地球日為周期繞行恆星。也就是說，它與其恆星間的距離僅是日地距離的5%，甚至小於水星到太陽的距離。如果這顆系外行星與恆星是同步繞轉的，它也很可能被潮汐鎖定。

與變化無常的「三體星亂紀元」不同，當行星被潮汐鎖定，它的一側半球將永遠面向恆星，另一側則永無天日。即使在日照面，山地遮蔽的地帶也無法見到陽光，其表面溫度也將出現永久性的「冰與火之歌」。同時，這樣的繞行條件下，行星上也不太可能產生季節差異。

不知道三體人的脫水策略，能否應對這樣的「冰火兩重天」？

環境條件二：強烈的耀斑與致命的射線

比鄰星這類紅矮星屬於活躍恆星，經常出現強烈的耀斑爆發。這也意味著，比鄰星b 的表面條件可能受到恆星紫外線與 X射線耀斑的強烈影響，遠比地球受到太陽影響的程度劇烈。研究顯示，比鄰星b表面受到的X射線通量約是地球的400倍。

與耀斑相關的能量離子可能侵蝕大氣層，並阻礙原始生命的形成與發展。近期觀測到的另一顆行星開普勒-438b 曾被認為是一顆可能的宜居行星，但最新研究顯示，它每天約會遭遇其母恆星紅矮星的上百次耀斑襲擊，其大氣層也已被耀斑破壞，使它徹底脫離了宜居星球的行列。

康奈爾大學的 Lisa Kaltenegger 教授認為，生命如果真的存在於這類行星上，也許只能躲避在地下或是水底求生，或是進化出某種生存方法能夠躲避耀斑與暫時的高輻射。三體人有時需要抵抗環境中持續的高溫與強光，因此有人推測，其皮膚表面可能具有濾光的作用。如果三體人真的在比鄰星b 上生存，可能還需要演化出增強版的「防護皮膚」。

真實的「三體世界」是什麼樣子？

比鄰星b 的特殊的位置足以讓「三體迷」激動，然而，它和那個亂紀元和恆基元交替的「三體文明」星球還有很大的差距。

如果正午十分從比鄰星b 上眺望其母恆星，會發現它呈暗紅色，比鄰星因此被形象地稱為「黯淡紅點」（Pale Red Dot）。儘管比鄰星實際僅有太陽大小的十分之一，但在其行星上看，它可能有3個太陽那麼大——因為它們距離實在太近了。

太陽與比鄰星視直徑對比圖。儘管比鄰星實際大小只有太陽的1/10，但在行星上看起來它是太陽大小的3倍。（圖片來源：參考文獻[3]）

研究人員認為，現在不能完全排除比鄰星b 存在大氣與液態水的可能。假如比鄰星b 具有大氣層，天空將是紫色與橙色的混合色，假如植物生長在其表面，那麼它們的葉子將是暗紅色而非綠色；水可能僅存在於受到恆星照射最充足的表面，要麼是面向恆星的半球區域（在同步轉繞情況下），要要麼是行星的熱帶（3:2共振轉繞的情況下）。可以確定的是，比鄰星b的自轉模式、受到的恆星的強輻射及其形成歷史，使得它的氣候與地球截然不同。

比鄰星b 的發現將會開啟大量進一步的天文觀測，研究者將使用現有的設備及新一代巨型望遠鏡——比如歐洲超大望遠鏡（European Extremely Large Telescope，E-ELT），而它也仍是我們尋找宇宙外星生命的首要目標。事實上，半人馬座α 已經被物理學家霍金髮起的「突破攝星」（StarShot）項目定為人類飛往另一星系的首個目標。

三體人肯定不在比鄰星，不過或許……離我們也不太遠。

基本論文信息

【題目】A terrestrial planet candidate in a temperate orbit around Proxima Centauri

【作者】Guillem Anglada-Escudé et al.

【刊期】Nature 536

【日期】25 August 2016

【doi】10.1038/nature19106

【摘要】At a distance of 1.295 parsecs, the red dwarf Proxima Centauri (α Centauri C, GL 551, HIP 70890 or simply Proxima) is the Sun』s closest stellar neighbour and one of the best-studied low-mass stars. It has an effective temperature of only around 3,050 kelvin, a luminosity of 0.15 per cent of that of the Sun, a measured radius of 14 per cent of the radius of the Sun and a mass of about 12 per cent of the mass of the Sun. Although Proxima is considered a moderately active star, its rotation period is about 83 days and its quiescent activity levels and X-ray luminosity are comparable to those of the Sun. Here we report observations that reveal the presence of a small planet with a minimum mass of about 1.3 Earth masses orbiting Proxima with a period of approximately 11.2 days at a semi-major-axis distance of around 0.05 astronomical units. Its equilibrium temperature is within the range where water could be liquid on its surface.

【論文鏈接】http://www.nature.com/nature/journal/v536/n7617/full/nature19106.html

參考資料

[1] https://www.eso.org/public/news/eso1629/

[2] http://www.theatlantic.com/science/archive/2016/08/astronomers-have-found-a-habitable-planet-orbiting-our-suns-nearest-neighbor/497117/

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