HIP85605
——一顆朝太陽系沖過來的恒星?

□ 文 柯文采（Thijs Kouwenhoven） / 翻譯 程思淼

HIP85605
——一顆朝太陽系沖過來的恒星?

□ 文 柯文采（Thijs Kouwenhoven） / 翻譯 程思淼

柯文采（Thijs Kouwenhoven）北京大學(xué)科維理天文與天體物理研究所（KIAA）百人計劃學(xué)者。

上個月你也許注意到了一條新聞：一顆名叫HIP85605的恒星正在沖向我們太陽系的路上。它向我們飛馳而來的速度，差不多達到每秒21千米。不過不必擔心，它現(xiàn)在離我們還很遠，而且，它將在離我們至少8200倍日地距離的地方擦肩而過。太陽系中行星的軌道不會發(fā)生改變，就好像什么也沒發(fā)生過一樣。但是，奧爾特云當中為數(shù)眾多的彗星將會感受到HIP85605的到來。它們的軌道將會發(fā)生改變，其中的一些可能會走向一條最終與地球相撞的道路。

太陽系尺度壓縮圖（距離為對數(shù)坐標）。我們的太陽系非常大，最遠的行星約在40天文單位遠處，冥王星與它眾多伙伴所在的柯伊伯帶（Kuiper Belt）位于約100天文單位處。由于沒有恒星從離太陽系特別近的地方經(jīng)過，行星和柯伊伯帶天體的軌道都不會受到影響。奧爾特云中的彗星處在太陽系的邊緣，距離太陽遠達大約50000天文單位。這些彗星無疑將會受到從附近經(jīng)過的恒星的引力影響。這些從附近經(jīng)過的恒星可能會把彗星拋出太陽系，或者將它們送到太陽系的內(nèi)層，在這里它們可能會與行星發(fā)生碰撞。（圖片來源：NASA）

1950年，荷蘭天文學(xué)家伊安?奧爾特（Jan Oort）發(fā)現(xiàn)了太陽系中彗星的來源。他發(fā)現(xiàn)它們來自離太陽相當遠、并且包圍著太陽系的一個巨大的彗星庫，今天我們稱之為奧爾特云。大多數(shù)彗星都會在生命的大部分時候安穩(wěn)地待在奧爾特云里，但不時會有一個跑到內(nèi)太陽系里來，這時候地球上的天文學(xué)家就能夠觀測到它。伊安?奧爾特發(fā)表他的結(jié)果后不久，天文學(xué)家開始關(guān)心彗星為何會改變它的軌道。很快人們找到了一個可行的解釋：這可能是由一顆鄰近恒星的引力造成的——它們能夠?qū)﹀缧堑能壍涝斐蓴z動。那么接下來的問題就是，大約多久會出現(xiàn)一次恒星離太陽系足夠近，以至于能夠攝動彗星軌道的情況？

圖中給出了在不遠的過去和將來距我們最近的恒星。暗淡的矮星比鄰星是目前離太陽最近的恒星，只有4.2光年遠。它屬于一個三合星系統(tǒng)，繞南門二甲與南門二乙（Alpha Centauri A / Alpha Centauri B）組成的雙星系統(tǒng)公轉(zhuǎn)，周期幾乎有50萬年。南門二的三合星系統(tǒng)正在接近我們，在25000年之后將行至不到3光年遠的最近距離處。不過要攝動奧爾特云中（圖中灰色的陰影區(qū)域）的彗星軌道，這還是太遠了。緊隨其后，暗淡的矮星Ross 248和Gliese 445將很快成為離我們最近的恒星。這兩顆星的速度很快，因此也將很快離開，而后南門二將重新成為最近的恒星。恒星HIP85605在此圖中并未出現(xiàn)，因為它將在更久之后，大約240000到470000年之后接近我們的太陽系。（圖片來源：Wikipedia）

我們還可以再進一步思考：如果太陽系與另一顆恒星走得再近一些，那么，太陽系中行星的軌道也將會受到影響。既然現(xiàn)在太陽系中各行星的軌道都幾乎是完美的圓形，而且還都幾乎處在同一平面內(nèi)，也就說明這種“走得更近”的情況目前為止還沒有發(fā)生過。而另一方面，了解一下在不遠的將來是否會發(fā)生這樣的事，將是很有趣的。

在過去的幾十年里，天文學(xué)家試圖找出那些遠離我們和徑直朝我們飛來的恒星。幸好，它們當中沒有一顆能夠飛到足以影響行星軌道那樣近的距離。不過，其中的一些將能夠?qū)W爾特云中彗星的軌道產(chǎn)生干擾。

我們的太陽系在銀河系的星海中穿行。銀河系中有超過一千億顆恒星，但由于它的直徑有幾萬光年，大多數(shù)恒星之間一般都能夠保持足夠的距離。不過，銀河系的年齡已有上百億歲，在這一時間尺度上看，其他恒星與太陽系的“親近”在過去時有發(fā)生，在未來也將繼續(xù)發(fā)生下去。

為了找出過去和未來最有可能的“親近者”，就必須測定太陽附近恒星的各種信息。我們夜晚能夠看到的恒星都是離我們相對比較近的。不過，也有很多離我們非常近的恒星，我們卻并不能用肉眼看到它們。最著名的例子是半人馬座的比鄰星。它是目前離太陽最近的恒星，但是必須要用望遠鏡才能看到。

找出了附近的全部恒星，接著就需要測量它們的距離、方位和速度。有了這些信息，就能重建它們在過去的位置，也能預(yù)測它們在未來的位置。把這些數(shù)據(jù)與太陽系自身的運動進行比較（由于恒星間的引力作用，恒星的運動并不是簡單地沿著一條直線，因此必須以銀河系為參照系，此時太陽也是在引力的作用下作變速運動的），就能夠知道哪些恒星過去曾走到太陽系的附近，哪些將在未來接近我們。

最近，《天文學(xué)與天體物理學(xué)》（Astronomy and Astrophysics）期刊上發(fā)表了拜拉-瓊斯的一篇文章就是對此進行了分析研究（Bailer-Jones，2014）。這篇文章提供了恒星HIP85605正在飛向我們太陽系的新證據(jù)。HIP85605是一顆橙黃色的矮星，距離太陽約16光年。它位于武仙座，赤經(jīng)17時29分36秒，赤緯+24度39分14秒。由于視星等只有11等，我們并不能用肉眼直接看到。HIP85605目前正以約21千米/秒的速度向我們的太陽系飛來。拜拉-瓊斯的文章指出，盡管對于位置和速度的測定仍有一定不確定度，但是HIP85605有90%的可能性會從太陽系的邊界擦過。雖然這并不會影響到行星的軌道，但將對奧爾特云中很多彗星的軌道產(chǎn)生擾動。一些彗星將被拋進深空去，一些將追隨HIP85605，還有一些將飛入太陽系的內(nèi)部空間，并且有可能撞到地球。

恒星的視向速度可通過研究光譜獲得。由于多普勒效應(yīng)，恒星在飛向我們的時候看上去會有輕微變藍，而在遠離我們的時候會有輕微變紅。由于恒星的光譜中有很多清晰的暗線（看上去就像商品上的條形碼），通過觀察這些暗線的移動，我們就可以很精確地測得視向速度。

對于絕大部分太陽附近的恒星，其他的信息（方位、距離和自行）都是由依巴谷天文衛(wèi)星（Hipparcos）測得。這是由歐洲空間局（ESA）在十多年之前運作的一個項目。依巴谷衛(wèi)星在幾年里精確地測量恒星在天空中的位置（方位）。通過比較不同時間恒星的方位，就能夠得到它在天空中移動的角速度（自行）。而通過“三角視差法”，則能夠得到恒星的距離。三角視差法的原理與人腦估計物體遠近的原理相似。如果先閉上一只眼睛用另一只眼睛看，然后再左右眼交換，你就會注意到，遠處的東西用兩只眼看都是在同一位置，而近處的東西相對背景的位置，則會因用眼的不同而有所不同。這個原理也被用在天文學(xué)上：比如在夏天和冬天（地球正好公轉(zhuǎn)半圈到對面）分別觀測同一天區(qū)，則離我們較近的恒星看上去就會相對背景有所移動。這一微小的錯位稱為“視差”，可用于計算恒星的距離。

依巴谷衛(wèi)星非常精確地提供了附近數(shù)百萬顆恒星的距離、方位和自行的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可用于重建恒星在過去的運動，以及預(yù)測它們未來的軌跡。不過只有這些數(shù)據(jù)還不夠，要利用計算機的模擬精確計算恒星的運動，還需要考慮銀河系中各顆恒星之間的引力。（圖片來源：ESA）

依巴谷衛(wèi)星的一個主要任務(wù)就是精確測量太陽附近數(shù)百萬顆恒星到我們的距離。它使用的是三角視差法：由于地球繞太陽運行，隨著地球位置的移動，我們附近的恒星相對天空背景的位置也會隨之發(fā)生輕微的變化。恒星離我們越近，這一效應(yīng)就越明顯，因此可用于測量它們的距離。另外，天空中的恒星都在以不同的速度運動著，因此隨著時間的推移，我們能夠看到它們在天空中的方位發(fā)生變化。依巴谷衛(wèi)星在數(shù)年之中反復(fù)測量每一顆恒星的位置，并通過這一位置的變化計算出恒星的速度。

將觀測的數(shù)據(jù)與計算機模擬相結(jié)合，拜拉-瓊斯研究了我們附近的恒星在4000萬年中（從2000萬年前到2000萬年后）的運動情況。在這段時間內(nèi)，共有40顆恒星與太陽系接近，足以影響太陽系中彗星的軌道。好在，其中沒有一顆與太陽接近到足以影響到行星的程度。

在網(wǎng)上或雜志上閱讀科學(xué)文章時，你必須時刻注意一點：所有的測量數(shù)據(jù)都不是絕對準確的，它們總有一個不確定度。比如你稱了自己的體重，體重秤上顯示為70.2千克。這只是一個約數(shù)：你的體重可能是70.198千克，也可能是70.211千克。體重秤不夠精確，但正如通常的情況一樣，這并不要緊。不過在HIP85605的例子里，這個小小的不準確就很要緊了：恒星速度極其微小的偏差，將導(dǎo)致240000年后恒星位置極大的不同，正所謂“失之毫厘，謬以千里”。因此，HIP85605是否真的會和我們的太陽系相接近，這要看依巴谷衛(wèi)星的數(shù)據(jù)有多準確。遇到這種情況，天文學(xué)家通常會使用一種稱作“蒙特?卡羅方法”（Monte Carlo Method）的統(tǒng)計模擬方法：在對HIP85605的研究當中，研究者模擬了這顆星在（不確定度之內(nèi)）各種不同速度下的運動情況，發(fā)現(xiàn)有超過90%的情況恒星最終會與太陽非常接近（相距0.13~0.65光年），另外10%的情況是兩者的最近距離超過0.65光年。也就是說，在有更精確的觀測之前，我們尚不知道HIP85605究竟會以何種方式接近。而更精確的觀測有望在幾年后到來——現(xiàn)在，蓋亞衛(wèi)星（GAIA）正在進行她那比“依巴谷”精度高得多的巡天工作。

與其他恒星過近的接觸會在三個方面對太陽系造成危險。首先，如前所述，恒星的引力會改變奧爾特云中彗星的軌道，將彗星送到內(nèi)行星（包括地球）附近來。第二，如果一顆大質(zhì)量恒星離太陽系過近，它強烈的紫外輻射將會摧毀地球大氣的臭氧層。第三，若一顆恒星在太陽附近發(fā)生超新星爆發(fā)，將會給地球上的生命帶來災(zāi)難性的后果。

蓋亞衛(wèi)星（GAIA）于2013年由歐洲空間局（ESA）發(fā)射升空，目前正在測量超過十億顆恒星（大約是銀河系恒星總數(shù)的1%）的距離、方位和速度。它的觀測將比依巴谷衛(wèi)星精確得多，能夠幫助我們更好地預(yù)測HIP85605（以及其他附近恒星）將會如何接近太陽。

網(wǎng)上的新聞報道常常會有些夸張。左圖是在一篇大字標明有關(guān)HIP85605的新聞中附帶的圖片。報道的作者顯然不是一位天文學(xué)家，可能只是隨手從網(wǎng)上找了這張圖片。雖然在非常密集的星團中恒星相撞的事件時有發(fā)生，但在其他地方，可以說這種事情幾乎從來沒發(fā)生過。HIP85605在相距最近的時候可能離我們會有約8400天文單位（地球到太陽的平均距離為1天文單位）。作為比較，太陽的半徑只有0.005天文單位，只是8400天文單位的百萬分之一。左圖所繪的情景是極不現(xiàn)實的——至少對HIP85605來說是如此。（圖片來源：Dana Berry, SkyWorks Digital, Inc.）

不過在太陽附近，幾乎所有的恒星都是又老又暗，有大質(zhì)量恒星從附近經(jīng)過（或者超新星在附近爆發(fā)）的可能性可以忽略。因此，上述第二和第三種情形我們都不必擔心。有趣的是，對落到地球上的隕石的成分分析顯示，當我們的太陽系還十分年輕（甚至地球還未誕生）的時候，太陽附近曾經(jīng)有過一次超新星爆發(fā)。不過，自從地球誕生以來，這種事情似乎還沒有發(fā)生過。

如果一顆鄰近的恒星對奧爾特云中的彗星軌道產(chǎn)生攝動，地球并不會立刻受到彗星雨的襲擊。多數(shù)情況下，這些彗星將會墜向太陽或者木星，因為它們是太陽系中最大的引力源。通常需要經(jīng)過數(shù)百萬年，這些彗星才會開始襲擊地球和其他的行星。彗星和地球相撞幾乎一定會導(dǎo)致大規(guī)模的物種滅絕，有可能會將人類從地球上抹去，就像6500萬年前的彗星撞擊終結(jié)了恐龍的時代。一些天文學(xué)家懷疑，在7000~6500萬年前另一顆恒星曾從太陽系旁邊經(jīng)過，正是它觸發(fā)了大規(guī)模涌向內(nèi)太陽系的彗星雨，并最終導(dǎo)致了恐龍的滅絕。對此，觀測證據(jù)相當有限，因為任何一顆這樣久之前飛過太陽的恒星，現(xiàn)在距我們可能都有數(shù)百光年遠，早就淹沒在成百上千顆星的茫茫星海當中了。