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wang.zhou.803 的博客

 
 
 

日志

 
 

太阳系会出现双体文明吗?  

2016-03-25 23:27:02|  分类: 科学研究(揭秘、 |  标签: |举报 |字号 订阅

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上次说到双体系统中行星的运动情况,那么在这样的行星上的生命文明会是什么样的呢?

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开脑洞的时刻来了,我们今天先来讨论一下如果地球在一个非环双星系统中,也就是说地球围绕双星中的一颗恒星公转时的情况。


圆形轨道中的理想状态

我们首先来考虑一种理想状态:

地球仍然围绕太阳运行在现在的轨道上。

太阳的伴星是一颗和太阳质量相当的主序星。

两颗恒星距离120天文单位,按照圆形轨道相互围绕旋转。

在这样的假设下,太阳系中20天文单位以内的行星都可以幸存。最外围的行星是土星,而天王星,海王星和柯依伯带都已经阵亡,奥尔特云也早已烟消云散。

大轰炸事件是地球生态环境发展历程上的重要环节,因为它给地球带来了生命的必要元素:水。

地球本身通过火山爆发等过程能够积累少量的水,但是远远不及陨石和彗星带来的水量。

在一个双星系统中,大轰炸比真实的历史更加猛烈,大大增加了地球的水量。所以地球的海洋面积应该比现在略大。

经历了初生的阵痛之后,太阳系进入了一个宁静的发展期。

由于少了柯依伯带和奥尔特云,彗星几乎没有了,陨石也会大量减少。这对地球的生物圈来说是个好消息,但是我估计总体来说,影响是有限的。我们无法估计来自天外的灾难对地球生命的演化有多大的影响。

地球上曾经发生过多次大灭绝事件,但是原因大部分来自地球内部。6500万年前的陨石撞击是白垩纪-古近纪大灭绝事件的重要因素,但不是唯一原因。即使没有陨石撞击,灭绝事件仍然不可避免,恐龙和大量陪葬的物种仍然会灭绝,只是来得晚一些,过程慢一些而已。

当然,如果陨石撞击大大减少,我们现在看到的生物圈肯定会有明显不同,但还是可以乐观的估计,智人仍然成功地登上了历史舞台,创造出了辉煌的人类文明。

在地球的夜空中,太阳的伴星是一颗十分奇特的天体。它的亮度很高,远远超过满月,在白天也清晰可见,在夜晚更是无法直视。

古代天文学家查看千年的观星记录,发现它在星空背景中慢慢移动,表现出和行星一样的特性。但是,当近代天文学家用望远镜清晰地看到土星的光环的时候,这个奇特的天体仍然遥不可及。

最后,现代的大型望远镜告诉人们:它是太阳的伴星,质量和太阳相当,它的周围运行着4个行星:包括两个气态巨行星和两个在可居带中的岩质行星。

其中一颗岩质行星质量太小,无法维持大气层,但是另一颗比地球略大,是一颗理想的生命行星。人们把它叫做地球2.0。

无论在哪个时代,这都是爆炸性的新闻:宇宙中的智慧生命很可能就在我们家门口。人类社会中充斥着对外星人入侵的恐慌和对新世界的期盼。

在得到确切的证据以前,这样的争论会持续上百年:太阳伴星的行星中,有没有会威胁人类生存的智慧生命?


人类文明能走到今天,依赖于3个因素:

行星的形成和演化。

地球生物圈的形成和演化。

人类文明的发展进程。

诞生于同一团原始星云的两个恒星系可以说是站在同一条起跑线上,但是上面三点都是高度复杂的混沌系统,轻微的变化经过上亿年的积累也会产生天翻地覆的蝴蝶效应。

任何一个意外都可能使发展进程延后上万年甚至导致文明的夭折。所以,两个文明的发展程度势均力敌的概率肯定是微乎其微的。在冲突发生的时候,科技落后上万年无疑就意味着灭顶之灾。

人类完全无法估计伴星系中是否有文明,或者它发展到了什么程度。那里可能是火星一样的荒漠,金星一样的炼狱,也可能面目狰狞的外星人正在登上战舰,准备征讨地球。

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 椭圆轨道上的双星系统

上面分析的是一种理想状态,两颗恒星在接近标准的圆形轨道上面运行,双方的距离基本上上保持恒定,所以对对方的行星影响很小。然而在真实的宇宙中,总是会有各种扰动让它们的轨道变形。轨道就会越来越扁,最终形成一个偏心率极高的椭圆形轨道。

在这个系统中,任何参数的微小调整都会造成巨大的变化,所以这里有无穷无尽的可能。我们分析两种典型的状态。


周期性会面的恒星系

第一种状态,我们仍然沿用前一节的设置:两个太阳和各自的行星系统。当它们的轨道逐渐变得椭圆的时候,旋转周期会变长。

我们假设双星轨道半长轴为100天文单位,半短轴为25天文单位。这样两颗恒星距离最远的时候为173.2天文单位,而距离最近的时候仅为26.8天文单位。

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它们的轨道周期可以用以下公式计算:

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其中a是两个椭圆轨道半长轴之和,G是万有引力常数,M1和M2分别是两个恒星的质量。代入数据,我们可以算出它们的轨道周期是47793年。

也就是说,每隔47793年,两颗恒星就会隔着26.8天文单位的距离上会面一次,然后分道扬镳。这时候,行星的安全轨道在离自己恒星5.4天文单位以内。

在人类出现以前的几十亿年中,这种会面已经发生过很多次,所以,木星和土星早已经和太阳系告别了。小行星带就是太阳系的边界。

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双星会面时距离很近,根据开普勒定律,在这个位置上它们的运动速度很快。

所以,会面时间可能只有短短几十年。而人类决定进行载人探索的时候,已经接近双星会和的最后阶段了。

以人类的航天科技,只能进行一次载人探索。然后,人类目送太阳伴星带着它的行星们扬长而去。


太阳伴星——复仇女神

在地球46亿年历史上,发生过很多次大大小小的灭绝事件。如果把这些灭绝事件放在一起,我们隐隐约约可以看出一点规律。下图描绘了在不同历史时期生物多样性降低的情况。我们可以看出一个大致的周期。

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 下图显示了灭绝事件中物种消失的比例。在这张图中,周期性更明显了。

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 这个神秘的现象让很多生物学家相信,地球上的灭绝事件按照2600万年的周期重复发生。好像有一种神秘的力量定期出现,抹除地球上的主要物种,为新物种让出舞台。地球内部的力量无法为周期性灭绝提供解释。

于是科学家把脑洞开到了太空:太阳有一颗棕矮星或红矮星伴星,在一个偏心率极高的椭圆轨道上围绕太阳旋转。按照它的公转周期可以算出,它的轨道远端距离太阳1.5光年,在奥尔特云之外。

当它进入太阳系时,它的引力会对奥尔特云中的天体产生扰动,导致大量彗星和小行星随之进入内太阳系,对所有行星进行轰炸。彗星和陨石对生物圈具有惊人的破坏力。如果这个理论是真的,那么周期性灭绝也就不足为奇了。

这个太空中的神秘杀手被称为复仇女神(Nemesis)。然而,对复仇女神星的搜索并不顺利。从80年代到21世纪初,不同团队的多次搜索都失败了。

同时,多数古生物学家逐渐形成了共识:大灭绝事件并不具有周期性。于是,复仇女神星的假设也就无疾而终了。



视频:外星异世界:达尔文IV星球,时长约1小时29分52秒

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