世界关注:现实中的“三体”世界在哪儿?
人类飞向宇宙,居住在另一颗星球上,还有什么事情,能够比这更浪漫吗?
这一阵,《三体》动画和剧集陆续上线了,瞬间引爆全网,视频当天就突破了1亿播放量;《三体》之所以受到大量的追捧,就因为它的许多内容都来自于现实世界,比如三体星系,就是有原型的。
【资料图】
三体人的家,原来离我们如此之“近”
《三体》的书名来源于一个由三颗恒星组成的系统——半人马座α,又名南门二。名字中的α,代表这颗星是半人马星座里最亮的“一颗”星——因为在地球上,人眼根本无法分辨出夜空中的这颗亮点是一个三星系统。
半人马座,其中左下角最大的一颗星是半人马座α。图/视觉中国
半人马座α是距离太阳最近的一个恒星系统,这位邻居离我们只有4.3光年远。这个距离有多近呢?太阳系的边缘奥尔特云,也就是许多彗星的家园,距离太阳本体的距离约为2光年,这已经是太阳到半人马座α距离的一半了。
半人马座α(南门二)与太阳的距离示意。图/Wikipedia
因为离得近,半人马座α在夜空中就显得很亮,它的亮度在恒星中仅次于天狼星和老人星,排名第三。不过,它在天空中的位置太靠“下”了,在我国只有南方几个省份的人能够看到它。
半人马座α一直是科幻作品中的座上宾,除了《三体》之外,《流浪地球》中的地球目的地是它,《阿凡达》中的潘多拉星球,也在这里,甚至连《银河系漫游指南》中的外星人都对地球人说:“你们连半人马座α都没有去过?这也太差劲了!”
真实星空中的半人马座α(照片右下角的亮星),天线上方的为β。图/Wikipedia
在《三体》小说中,三体人把行星受到三颗恒星共同作用的时期,称为乱纪元。处于乱纪元的三体星,季节、昼夜都处于无法预测的混沌状态,有一次三颗恒星直接连成了一条线,巨大的引力把三体人直接吸上了天空。
与乱纪元相对的,是恒纪元,恒纪元出现的标志是两颗飞星(天空中的两个亮点),这意味着有两个恒星飞远了,三体行星暂时只会受到一颗恒星的影响,就像现在的地球一样。
两颗飞星,大概就是这样的效果。图/视觉中国
但是,如果三体人真的生活在半人马座α系统中,他们其实根本无需担忧乱纪元的发生。
在三颗恒星中,半人马座α-A、半人马座α-B和我们的太阳差不多大,它们自己组成了一个双星系统,相互旋绕,最远的距离也只有三十多个天文单位(AU),差不多是太阳到冥王星的距离。
半人马座α-A和-B两颗恒星组成的双星系统及绕着它们旋转的行星假想图,右上角是太阳。图/NASA
第三颗星半人马座α-C,是一颗比太阳小、暗的红矮星,它远远地围绕着这个二星系统运行。这个“远远地”是非常远,大约有15000个天文单位,这个距离是一个什么概念?现在飞离太阳系最远的人类探测器旅行者1号,用了41年也才飞出去不到150个天文单位,如果你在半人马座α-C上看另外两个恒星,那就是璀璨星空中两个普通的小亮点。
太阳、半人马座α-A、-B和红矮星半人马座α-C(Proxima)大小的对比。图/Wikipedia
两个恒星的系统,可以稳定运行,它们会绕着共同的质心旋转,跟着它们,三体人可以过得很好,如果跟着远处的恒星C,那基本上用不着担心远处两颗恒星的影响,生活也一样滋润。
流浪,到三体星去么?
“看,孩子们,那就是半人马座,那就是比邻星,那就是我们的新家!”——《流浪地球》
在小说《流浪地球》里,因为太阳要发生“氦闪”,人类不得不举“球”迁移。人类最终的目的地,叫比邻星,它就是半人马座α-C,那颗远远绕着两个兄弟运行的红矮星。
从太阳系到半人马α星系的路程。图/《流浪地球》
人类选择这颗星,不仅是因为近,还因为它的寿命要比太阳长得多。比邻星无论从质量、体积和温度上来说,都比太阳弱小得多,因此它的核聚变非常缓慢,寿命甚至可达千亿、甚至万亿年。要知道,宇宙现在的寿命才138亿岁,所以红矮星可谓是“寿与天齐”了。
另外,红矮星即使到了暮年,也不会像太阳那样变为一颗巨大的红巨星,所以地球待在它旁边绝对安全。
艺术家笔下的红矮星。图/Wikipedia
如此看来,刘慈欣是为人类找了一个好的归宿么?事实其实并非如此。
因为红矮星的聚变反应很弱,所以它向外辐射出的能量很少,宜居带(能让水保持液体状态的区域)也就离恒星非常近。比邻星b是人类发现的一颗处于比邻星宜居带内的星球,它几乎是“贴着”比邻星飞行,两者之间的距离只有水星与太阳距离的八分之一。
比邻星和在它宜居带里的行星:比邻星b(右侧的行星)。图/NASA
在如此近的轨道上运行,会出现两个可怕的结果:一是比邻星b就像水星一样被恒星的潮汐锁定了——它的一面永远朝向恒星,一面却永无天日;二是比邻星的脾气非常大,2017年时,人们曾观测到比邻星爆发了强烈耀斑,它的亮度在10秒内增大了1000倍,比邻星b因此受到的辐射,要比平时地球受到太阳耀斑辐射强度高出4000倍,如此强大的破坏,估计就连三体文明也会被直接摧毁。
比邻星爆发耀斑效果图。图/NASA
如此看来,我们还是再走一段时间,去半人马座α的那个双星系统里定居吧。
“繁星是无法超越的”
在《三体》小说中,三体人之所以要来占领地球,核心原因是他们无法解决三体问题。
所谓三体问题,就是三颗恒星在一起的运动规律,三体人需要用这个规律预测未来,为恶劣的天气做准备。三颗恒星加上三体的行星,其实是四体问题,但行星相对恒星来说质量很小,在模型里就被简化掉了。
人类在检测三体舰队的“先头部队”——飞行器水滴。图/《我的三体:章北海传》
看似简单的三个物体的运动系统,实则异常复杂,它们在运动的过程中无时无刻不在相互影响,轨迹变化毫无规律。自从牛顿力学体系创立以来,三体问题一直困扰着各位大牛,直到1899年,被誉为“最后一位物理学和数学通才”的庞家莱,用一篇论文为给三体问题定了性:这个问题,无解。
法国数学家庞家莱。图/Wikipedia
庞家莱所说的无解,并不是没有解,因为三颗恒星在任意时间肯定会对应一个位置和一个动量,这都是数值解,人们只不过无法用一个公式把这些解表达出来,但还是可以根据初始的条件,算出某一时间的数学解。
如果这么看,三体人完全可以用计算机,算出接下来几万年内三颗恒星的位置,不就可以了么?但情况远非如此简单。
我们都听说过“蝴蝶效应”这一说法,美国的一只蝴蝶煽动翅膀,就会引起东南亚的一场风暴,这是因为天气是一个混沌系统。在混沌系统中,一个微小改变的影响,会成倍成倍的增加,短时间内这个倍数就会达到一个天文数字,无论是人,还是计算机,都无法计算这些影响,这就是为什么预报下周下雨,实际却晴空万里的原因,差之毫厘,去之千里。
飞机搅动出来的气流,就是一个混沌模型。图/Wikipedia
三体问题就是这样一个混沌系统,宇宙中的每颗星球、甚至是每粒尘埃的扰动,乃至三体行人的一下呼吸、一个动作,从长远看都会对三颗恒星的运动产生风暴般、决定性的影响,让预测失去意义。
我们的目标,是星辰大海。图/《我的三体:章北海传》
三体问题已经如此复杂,我们的地球在太阳系这一九颗星球组成的系统里,却能稳定运行,不得不说是一个奇迹。正如庞家莱在他关于三体问题的论文开头写到——“繁星是无法超越的!”
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