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文/Mandelbrot 編輯/王思雨 （微信公眾號(hào)：青年
天文教師連線(xiàn)）
上次說(shuō)到雙體系統(tǒng)中行星的運(yùn)動(dòng)情況，那么在這樣的行星上的
生命文明會(huì)是什么樣的呢？
開(kāi)腦洞的時(shí)刻來(lái)了，我們今天先來(lái)討論一下如果地球在一個(gè)非環(huán)雙星系統(tǒng)中，也就是說(shuō)地球圍繞雙星中的一顆恒星公轉(zhuǎn)時(shí)的情況。
圓形軌道中的理想狀態(tài)
我們首先來(lái)考慮一種理想狀態(tài)：
地球仍然圍繞太陽(yáng)運(yùn)行在現(xiàn)在的軌道上。
太陽(yáng)的伴星是一顆和太陽(yáng)質(zhì)量相當(dāng)?shù)闹餍蛐恰?div style="height:15px;">
兩顆恒星距離120天文單位，按照?qǐng)A形軌道相互圍繞旋轉(zhuǎn)。
在這樣的假設(shè)下，太陽(yáng)系中20天文單位以?xún)?nèi)的行星都可以幸存。最外圍的行星是土星，而天王星，海王星和柯依伯帶都已經(jīng)陣亡，奧爾特云也早已煙消云散。
大轟炸事件是地球生態(tài)環(huán)境發(fā)展歷程上的重要環(huán)節(jié)，因?yàn)樗o地球帶來(lái)了生命的必要元素：水。
地球本身通過(guò)火山爆發(fā)等過(guò)程能夠積累少量的水，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及隕石和彗星帶來(lái)的水量。
在一個(gè)雙星系統(tǒng)中，大轟炸比真實(shí)的歷史更加猛烈，大大增加了地球的水量。所以地球的海洋面積應(yīng)該比現(xiàn)在略大。
經(jīng)歷了初生的陣痛之后，太陽(yáng)系進(jìn)入了一個(gè)寧?kù)o的發(fā)展期。
由于少了柯依伯帶和奧爾特云，彗星幾乎沒(méi)有了，隕石也會(huì)大量減少。這對(duì)地球的生物圈來(lái)說(shuō)是個(gè)好消息，但是我估計(jì)總體來(lái)說(shuō)，影響是有限的。我們無(wú)法估計(jì)來(lái)自天外的災(zāi)難對(duì)地球生命的演化有多大的影響。
地球上曾經(jīng)發(fā)生過(guò)多次大滅絕事件，但是原因大部分來(lái)自地球內(nèi)部。6500萬(wàn)年前的隕石撞擊是白堊紀(jì)-古近紀(jì)大滅絕事件的重要因素，但不是唯一原因。即使沒(méi)有隕石撞擊，滅絕事件仍然不可避免，恐龍和大量陪葬的物種仍然會(huì)滅絕，只是來(lái)得晚一些，過(guò)程慢一些而已。
當(dāng)然，如果隕石撞擊大大減少，我們現(xiàn)在看到的生物圈肯定會(huì)有明顯不同，但還是可以樂(lè)觀(guān)的估計(jì)，智人仍然成功地登上了歷史舞臺(tái)，創(chuàng)造出了輝煌的人類(lèi)文明。
在地球的夜空中，太陽(yáng)的伴星是一顆十分奇特的天體。它的亮度很高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)滿(mǎn)月，在白天也清晰可見(jiàn)，在夜晚更是無(wú)法直視。
古代天文學(xué)家查看千年的觀(guān)星記錄，發(fā)現(xiàn)它在星空背景中慢慢移動(dòng)，表現(xiàn)出和行星一樣的特性。但是，當(dāng)近代天文學(xué)家用望遠(yuǎn)鏡清晰地看到土星的光環(huán)的時(shí)候，這個(gè)奇特的天體仍然遙不可及。
最后，現(xiàn)代的大型望遠(yuǎn)鏡告訴人們：它是太陽(yáng)的伴星，質(zhì)量和太陽(yáng)相當(dāng)，它的周?chē)\(yùn)行著4個(gè)行星：包括兩個(gè)氣態(tài)巨行星和兩個(gè)在可居帶中的巖質(zhì)行星。
其中一顆巖質(zhì)行星質(zhì)量太小，無(wú)法維持大氣層，但是另一顆比地球略大，是一顆理想的生命行星。人們把它叫做地球2.0。
無(wú)論在哪個(gè)時(shí)代，這都是爆炸性的新聞：
宇宙中的智慧生命很可能就在我們家門(mén)口。人類(lèi)社會(huì)中充斥著對(duì)外星人入侵的恐慌和對(duì)新世界的期盼。
在得到確切的證據(jù)以前，這樣的爭(zhēng)論會(huì)持續(xù)上百年：太陽(yáng)伴星的行星中，有沒(méi)有會(huì)威脅人類(lèi)生存的智慧生命？
人類(lèi)文明能走到今天，依賴(lài)于3個(gè)因素：
行星的形成和演化。
地球生物圈的形成和演化。
人類(lèi)文明的發(fā)展進(jìn)程。
誕生于同一團(tuán)原始星云的兩個(gè)恒星系可以說(shuō)是站在同一條起跑線(xiàn)上，但是上面三點(diǎn)都是高度復(fù)雜的混沌系統(tǒng)，輕微的變化經(jīng)過(guò)上億年的積累也會(huì)產(chǎn)生天翻地覆的蝴蝶效應(yīng)。
任何一個(gè)意外都可能使發(fā)展進(jìn)程延后上萬(wàn)年甚至導(dǎo)致文明的夭折。所以，兩個(gè)文明的發(fā)展程度勢(shì)均力敵的概率肯定是微乎其微的。在沖突發(fā)生的時(shí)候，科技落后上萬(wàn)年無(wú)疑就意味著滅頂之災(zāi)。
人類(lèi)完全無(wú)法估計(jì)伴星系中是否有文明，或者它發(fā)展到了什么程度。那里可能是火星一樣的荒漠，金星一樣的煉獄，也可能面目猙獰的外星人正在登上戰(zhàn)艦，準(zhǔn)備征討地球。
橢圓軌道上的雙星系統(tǒng)
上面分析的是一種理想狀態(tài)，兩顆恒星在接近標(biāo)準(zhǔn)的圓形軌道上面運(yùn)行，雙方的距離基本上上保持恒定，所以對(duì)對(duì)方的行星影響很小。然而在真實(shí)的宇宙中，總是會(huì)有各種擾動(dòng)讓它們的軌道變形。軌道就會(huì)越來(lái)越扁，最終形成一個(gè)偏心率極高的橢圓形軌道。
在這個(gè)系統(tǒng)中，任何參數(shù)的微小調(diào)整都會(huì)造成巨大的變化，所以這里有無(wú)窮無(wú)盡的可能。我們分析兩種典型的狀態(tài)。
周期性會(huì)面的恒星系
第一種狀態(tài)，我們?nèi)匀谎赜们耙还?jié)的設(shè)置：兩個(gè)太陽(yáng)和各自的行星系統(tǒng)。當(dāng)它們的軌道逐漸變得橢圓的時(shí)候，旋轉(zhuǎn)周期會(huì)變長(zhǎng)。
我們假設(shè)雙星軌道半長(zhǎng)軸為100天文單位，半短軸為25天文單位。這樣兩顆恒星距離最遠(yuǎn)的時(shí)候?yàn)?73.2天文單位，而距離最近的時(shí)候僅為26.8天文單位。
它們的軌道周期可以用以下公式計(jì)算：
其中a是兩個(gè)橢圓軌道半長(zhǎng)軸之和，G是萬(wàn)有引力常數(shù)，M1和M2分別是兩個(gè)恒星的質(zhì)量。代入數(shù)據(jù)，我們可以算出它們的軌道周期是47793年。
也就是說(shuō)，每隔47793年，兩顆恒星就會(huì)隔著26.8天文單位的距離上會(huì)面一次，然后分道揚(yáng)鑣。這時(shí)候，行星的安全軌道在離自己恒星5.4天文單位以?xún)?nèi)。
在人類(lèi)出現(xiàn)以前的幾十億年中，這種會(huì)面已經(jīng)發(fā)生過(guò)很多次，所以，木星和土星早已經(jīng)和太陽(yáng)系告別了。小行星帶就是太陽(yáng)系的邊界。
雙星會(huì)面時(shí)距離很近，根據(jù)開(kāi)普勒定律，在這個(gè)位置上它們的運(yùn)動(dòng)速度很快。
所以，會(huì)面時(shí)間可能只有短短幾十年。而人類(lèi)決定進(jìn)行載人探索的時(shí)候，已經(jīng)接近雙星會(huì)和的最后階段了。
以人類(lèi)的
航天科技，只能進(jìn)行一次載人探索。然后，人類(lèi)目送太陽(yáng)伴星帶著它的行星們揚(yáng)長(zhǎng)而去。
太陽(yáng)伴星——復(fù)仇女神
在地球46億年歷史上，發(fā)生過(guò)很多次大大小小的滅絕事件。如果把這些滅絕事件放在一起，我們隱隱約約可以看出一點(diǎn)規(guī)律。下圖描繪了在不同歷史時(shí)期
生物多樣性降低的情況。我們可以看出一個(gè)大致的周期。
下圖顯示了滅絕事件中物種消失的比例。在這張圖中，周期性更明顯了。
這個(gè)神秘的現(xiàn)象讓很多生物學(xué)家相信，地球上的滅絕事件按照2600萬(wàn)年的周期重復(fù)發(fā)生。好像有一種神秘的力量定期出現(xiàn)，抹除地球上的主要物種，為新物種讓出舞臺(tái)。地球內(nèi)部的力量無(wú)法為周期性滅絕提供解釋。
于是科學(xué)家把腦洞開(kāi)到了
太空：太陽(yáng)有一顆棕矮星或紅矮星伴星，在一個(gè)偏心率極高的橢圓軌道上圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)。按照它的公轉(zhuǎn)周期可以算出，它的軌道遠(yuǎn)端距離太陽(yáng)1.5光年，在奧爾特云之外。
當(dāng)它進(jìn)入太陽(yáng)系時(shí)，它的引力會(huì)對(duì)奧爾特云中的天體產(chǎn)生擾動(dòng)，導(dǎo)致大量彗星和小行星隨之進(jìn)入內(nèi)太陽(yáng)系，對(duì)所有行星進(jìn)行轟炸。彗星和隕石對(duì)生物圈具有驚人的破壞力。如果這個(gè)理論是真的，那么周期性滅絕也就不足為奇了。
這個(gè)太空中的神秘殺手被稱(chēng)為復(fù)仇女神（Nemesis）。然而，對(duì)復(fù)仇女神星的搜索并不順利。從80年代到21世紀(jì)初，不同團(tuán)隊(duì)的多次搜索都失敗了。
同時(shí)，多數(shù)古生物學(xué)家逐漸形成了共識(shí)：大滅絕事件并不具有周期性。于是，復(fù)仇女神星的假設(shè)也就無(wú)疾而終了。
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