數(shù)千萬顆“三體”遍布銀河？

多年來，我們一直很好奇，成對的恒星，或者說“雙星”，是否會擁有行星？像科幻影片《星球大戰(zhàn)》中的“塔圖因”（Tatooine）一樣的行星，是否真的存在？

一些理論家認(rèn)為，雙星系統(tǒng)周圍的環(huán)境過于動蕩，行星無法形成；而且，由于雙星自身也在相互繞轉(zhuǎn)，引力的強度會不斷變化，即便行星可以形成，它最終也可能會被拋射入太空，或者撞上雙星系統(tǒng)中的某顆恒星。

然而，美國航空航天局（NASA）于2009年3月發(fā)射升空的“開普勒”號探測器在2011年9月證明，擁有兩顆落日的行星（也就是小說《三體》中描繪的“三體”）是存在的—它就是開普勒16b。幾個月后，“開普勒食雙星工作組”又發(fā)現(xiàn)了兩顆環(huán)雙星行星開普勒34b和開普勒35b。事實上，計算表明，在銀河系中可能就存在數(shù)千萬顆環(huán)雙星行星。

行星可能在動蕩的邊緣誕生

最新發(fā)現(xiàn)的一顆環(huán)雙星行星是開普勒46b（又稱PH1），由美國約翰斯·霍普金斯大學(xué)的研究生韋塞林·科斯托夫和參與“行星獵人”計劃的天文愛好者分別發(fā)現(xiàn)。開普勒46b是一個四星系統(tǒng)中的行星，這進(jìn)一步拓寬了行星形成地的多樣性。

迄今為止，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了七顆環(huán)雙星行星，這意味著我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一類全新的行星系統(tǒng)。考慮到這七顆行星是在搜尋了大約1000個食雙星系統(tǒng)之后所發(fā)現(xiàn)的，我們可以保守地估計，銀河系中應(yīng)該有數(shù)千萬個這樣的環(huán)雙星行星系統(tǒng)。

盡管類似于地球大小的環(huán)雙星行星非常難以探測，但搜尋較小巖質(zhì)行星的工作仍在繼續(xù)。我們從已探測到的環(huán)雙星行星中發(fā)現(xiàn)了許多有趣的現(xiàn)象。例如，在所有食雙星中，有一半相互繞轉(zhuǎn)周期小于2.7天，因此我們預(yù)計，擁有行星的雙星中，有一半的雙星相互繞轉(zhuǎn)周期也小于2.7天。但實際情況并非如此，擁有行星的雙星相互繞轉(zhuǎn)周期最短的是7.4天。為什么？我們猜測，這可能與最初使得雙星如此靠近的機制有關(guān)。

環(huán)雙星行星往往會在非常靠近宿主雙星的軌道上運動。如果靠得更近一些，這些行星的軌道就會變得不穩(wěn)定。那么，是什么原因使得它們處于如此危險的境地？找到環(huán)雙星行星的軌道如此接近不穩(wěn)定半徑的原因，能幫助我們完善有關(guān)行星起源，以及它們的軌道如何隨時間演化的理論。盡管我們目前還不清楚，為什么這些行星看上去似乎更青睞如此危險的軌道，但我們也能推測出一些更深層的東西：這些行星處于動蕩環(huán)境的邊緣，說明行星的形成過程是劇烈而穩(wěn)健的。

三體的宜居帶

開普勒計劃發(fā)現(xiàn)的環(huán)雙星行星，許多都位于臨界穩(wěn)定半徑附近，這一特點帶來了一個有趣的結(jié)果。對于相應(yīng)系統(tǒng)中的恒星而言，臨界半徑通常都靠近其宜居帶—即某顆恒星周圍的特定區(qū)域（這里是指雙星系統(tǒng)中兩顆恒星周圍的特定區(qū)域），來自恒星的能量使得這一區(qū)域中的行星的溫度可以維持液態(tài)水的存在。過于靠近恒星，行星上的水會變成氣體；而距離太遠(yuǎn)，水又會結(jié)冰。而根據(jù)我們目前所知，水是生命存在的必要條件。

對于單顆恒星而言，宜居帶是該恒星周圍的一個球形殼層區(qū)域。在一個雙星系統(tǒng)中，每一顆恒星都有自己的宜居帶。如果這兩顆恒星間距非常近，它們的宜居帶就會合并成一個扭曲的橢球形，開普勒任務(wù)發(fā)現(xiàn)的那些環(huán)雙星行星所面臨的情況正是如此。當(dāng)兩顆恒星相互繞轉(zhuǎn)時，這個組合而成的宜居帶也會隨之一起轉(zhuǎn)動。由于恒星相互繞轉(zhuǎn)的速度比行星繞恒星轉(zhuǎn)動的速度更快，因此宜居帶轉(zhuǎn)動的速度會比行星公轉(zhuǎn)的速度更快。與在一條近圓軌道上繞太陽轉(zhuǎn)動的地球不同，環(huán)雙星行星與兩顆宿主恒星之間的距離在一個公轉(zhuǎn)周期里可能會發(fā)生劇烈變化。因此，隨著恒星間的相互繞轉(zhuǎn)，這顆行星上的季節(jié)在短短幾周內(nèi)就可能發(fā)生急劇變遷。天氣變化的幅度會很大，而且只遵循大致的規(guī)律，有位科學(xué)家說：“這就像坐過山車一樣”。

在已發(fā)現(xiàn)的七顆環(huán)雙星行星中，有兩顆位于所在雙星系統(tǒng)的宜居帶中，這個比例高得出奇。雖然位于宜居帶中并不意味著那里的環(huán)境一定適宜生命存在—例如，地球的衛(wèi)星月球也處于太陽的宜居帶中，但那里卻是不毛之地，因為它質(zhì)量太小無法維持一個大氣層的存在—但位于宜居帶中的環(huán)雙星行星的比例如此之高，確實值得我們停下腳步認(rèn)真思量。這些環(huán)雙星行星環(huán)境嚴(yán)苛，季節(jié)快速變化，如果其上存在生命乃至文明的話，那會是什么樣呢？