根據科學家的觀測,在太陽系附近81.5光年內,有40%的恆星都處於雙星系統中。隨著科學家發現的雙星系統越來越多,才發現它們在宇宙之中是如此普遍,而我們的太陽似乎反而孤單得有點特立獨行(誰叫木星“不爭氣”呢)。
我們從未真正見識過雙星系統是一個怎樣的世界,但知道一些基礎屬性和我們也沒什麼不同的。它們也有自己的恆星系,控制著一片宇宙區域,還能有自己的行星。
圖片說明:開普勒 47c 假想圖
2012年,以色列特拉維夫大學的天文學家團隊利用開普勒太空望遠鏡,發現了雙星系統開普勒47的兩顆行星——開普勒 47b和開普勒 47c。
令人驚訝的是,行星開普勒 47c被認為處於宜居帶。據觀測,它的表面溫度約為-28攝氏度,雖然比地球冷,但對於地球生物來說還可以接受。而且,據推測,它的大氣裡,很有可能有少量的水蒸氣。這讓天文學家紛紛好奇:它的表面是否可以孕育生命?系外生命是否可以在雙星系統中出現?
對於開普勒 47c本身來說,孕育生命是不太可能的了,因為它是一顆氣體巨星。據觀測,它的直徑是地球的4.62倍,品質為23倍。不過,這不意味著其他圍繞雙星系統公轉的行星就不能孕育生命。畢竟,最重要的條件之一——溫度已經符合了,那麼,生命出現的最基本條件,也就滿足了。
但是,裡雅斯特天文臺的研究員Paul Sutter對於雙星系統孕育生命,還是持懷疑態度的。
首先值得擔心的,就是引力作用。
\u001e萬有引力是我們最熟悉的一種力,也是四大基本作用力中最早接觸的一種。只要你上過高中物理課,就能計算出兩個物體之間的萬有引力有多大。如果學過基本的天文學知識,那麼計算行星圍繞一顆恆星的軌道也沒什麼問題。可是,當我們在這個體系中再加入一顆恆星,問題就複雜了。兩顆恆星是會相對運動的,它們位置的變化,就會導致體系質心不斷改變。
在這種情況下,這顆行星就會受到波動,而且波動的方式將很難把握,很有可能會搞得時而離兩顆恆星極為遙遠,天氣變得極寒;時而距離某顆恆星過近,酷熱難當。鑑於目前開普勒 47c還算是處於宜居帶,我們暫且忽略這個問題。但是,這不代表問題就解決了。
這個雙星系統不可能只包含兩顆恆星和一顆行星,就算沒有其他行星,但也少不了會有一些小天體的存在。在兩顆恆星的引力波動下,這些小天體也會到處亂竄。我們提到過,即使是木星和土星的引力作用,就會讓許多小天體從太陽系外側進入到太陽系內側,增加撞擊地球的可能。很難想象,如果是雙星系統,這樣的碰撞會多麼頻繁。
因此,如果一個雙星系統想要孕育生命,一定要滿足引力場相對穩定這個條件。想要滿足這個條件,只有兩種情況:
其中一顆恆星擁有足夠的巨大優勢,能夠完全支配另一顆恆星;要麼是兩顆恆星能夠完美地產生相等的引力效應,讓它們看起來像是一顆恆星。根據新墨西哥州的研究員瓊尼·克拉克的計算,兩顆恆星的距離大約要在0.1個天文單位之內才可以。以開普勒 47系統為例,情況就屬於第二種。首先,兩顆恆星的距離足夠近,只有1750萬公里,只有不到0.12個天文單位,還不足水星軌道的一半。因此,只要距離足夠遠,它們的引力可以看成是一體的。顯然,開普勒 47c就處在這樣的位置上,幾乎和地球軌道差不多。由於兩顆恆星都比太陽小,所以它們兩個加一起也無法提供太陽的熱量和引力,讓開普勒 47c變成了一顆宜居帶行星。
另外,Paul Sutter也討論了另一種情況,那就是行星只圍繞其中一顆恆星作穩定公轉的可能性。但是,新的問題又會產生了:這顆行星可能絕大部分時間都處於白晝,黑夜非常短。對於地球生物來說,沒有黑夜的生活是難以想象的,日落而息的生活不復存在,睡覺的時間可能靠隨機選擇。
你可能會說:地球的生物適應地球的時間,雙星系統的生命可能偏偏就適應沒有黑夜的生活呢!
沒錯,但是,這種情況下帶來的問題絕不僅僅是光照那麼簡單。光照帶來的不僅僅是明亮的可見光,還有紫外線、恆星風等輻射。對於地球生物來說,至少夜晚還有喘息的機會。我很好奇,系外生命能承受雙倍輻射的傷害嗎?因此,第一種情況下存在生命的可能性,實在是不高,只能寄希望於另一顆恆星非常非常遙遠,以至於幾乎可以忽略不計。
在討論了這兩種情況後,Paul Sutter指出:雖然有了開普勒 47c的例子,但可以看出,它存在於宜居帶純屬偶然。如果我們把賭注壓在這種偶然事件上,去尋找雙星系統的系外生命,實在是非常困難的。
最後他也客觀地指出:在這樣不穩定、無規律性和強輻射的環境下,我們很難想象有複雜的生命可以演化出來。不過,從另一方面來講,大自然從來都不會受到人類的想象力所限。因此,系外究竟有怎樣的生命,誰又能說得準呢?