“小破球”要前往的星系到底有多熱鬧？

冰美式

“你們人類連半人馬座α星都沒去過？也太差勁了吧，它離你們只有四光年唉！”

——《銀河系漫游指南》

2023年春節(jié)檔，《流浪地球2》迎來票房與口碑雙豐收。“小破球”排除萬難也要前往的半人馬座α星系，也引起了科幻迷津津樂道的討論。不只是大劉筆下帶著家園逃難的地球人覬覦這座星系，在《三體》《阿凡達》《變形金剛》《迷失太空》《神秘博士》等科幻作品里，人們對它也情有獨鐘。在浩瀚無垠的銀河系中，為何偏偏是半人馬座α星擁有如此大的魅力？今天我們就通過不同作品的視角，為大家展現(xiàn)這個星系的奇妙之處。

半人馬座α 三體星系概念圖

首先，半人馬座α星最大的魅力，是距離。沒錯，作為離我們最近的星系，它最容易被人類觀測和研究。相較于其他動輒成千上萬光年遙不可及的星系，這位鄰居，以人類文明的蜉蝣之命，踮踮腳尖似乎也能觸摸到。距離帶來的魅力，使人們在其身上施加的諸多幻想，都能更加有理有據(jù)，科幻作家的發(fā)揮也更加輕車熟路。也就4.22光年的距離，《三體》中的葉文潔對著它發(fā)個信息，不到九年就收到了回復。

根據(jù)天球坐標系①的命名規(guī)則，不同星系投影在以地球為中心的球面上，按它們所在的星座方位歸類，再根據(jù)亮度從高到低排序，以α、β、γ依次命名。從名字我們就可以確定，半人馬座α星系不是夜空中最亮的星，但一定是半人馬座方位上“最亮的仔”。

半人馬座α星是一座由三顆恒星構成的三星系統(tǒng)，根據(jù)人們發(fā)現(xiàn)它們的先后順序，分別命名為半人馬座α星A、半人馬座α星B、半人馬座α星C。《三體》中三體人的家園就在這里。而這顆C星就是我們熟知的比鄰星，也就是《流浪地球》的目的地。

等等，不是說三體運動是不可解的混沌系統(tǒng)嗎？地球要是流浪到這里，遭遇亂紀元怎么辦？事實上，由于比鄰星的質量遠小于A、B兩星，距離又足夠遠，它與A、B兩顆星之間的物理聯(lián)系比較簡單。A、B兩星互相繞轉，比鄰星在0.21光年外繞著它們的共同質心旋轉，軌道周期長達54.7萬年。人們在研究這個星系時，通常把它簡化為雙星系統(tǒng)。

雙星系統(tǒng)

比鄰星是一顆被歸類為紅矮星的恒星，相較于太陽這樣的黃矮星，它的壽命長得多。因為比鄰星體積小、質量小，核聚變反應緩慢且溫和，所以不會像太陽一樣在五十億年后膨脹為紅巨星，并在最終的爆炸中坍縮成白矮星。這就好比爆燃的火藥和慢熱的炭火。即使太陽迎來壽終正寢，那時候的比鄰星也能穩(wěn)定地發(fā)光發(fā)熱。所以人類文明想要在太陽死亡前逃離，比鄰星看似是一個不錯的選擇。

然而現(xiàn)實卻給人類潑了一盆冷水，比鄰星的軌道或許并不適合地球定居。這就要引入“宜居帶”的概念。宜居帶指的是在一顆恒星周圍的一定距離范圍，落在這個范圍的行星上才能夠有條件保持液態(tài)水。距離恒星太近，水會蒸發(fā)為氣態(tài)，太遠則會凍結成冰。如果沒有適合的溫度、大氣，生命之源也將不復存在，更不用說孕育生命了。

宜居帶

偏偏比鄰星釋放的熱量遠低于太陽，其表面溫度只有太陽的一半，這就使得它的宜居帶非常近，近到地球在這個距離會導致潮汐鎖定①，也就是說地球在圍繞它旋轉時，永遠一面向著比鄰星、一面背對著它。過近的距離也會導致向陽的一面承受巨量的恒星風。沒有足以抵御恒星風的磁場，地球表面的大氣很容易被吹散。即使能保住大氣層，時不時挨一個貼臉耀斑爆發(fā)，地球文明就得“刪號重練”。

恒星風

截至目前，人類已經(jīng)在繞比鄰星的軌道上發(fā)現(xiàn)了三顆行星，最新的一顆行星在2022年2月份才被科學家發(fā)現(xiàn)（該顆行星是否存在仍待證實）。要知道，系外行星的探索遠比恒星困難得多，行星自身并不發(fā)光，質量又遠小于恒星，不管是光學探測還是引力探測都很難發(fā)現(xiàn)。也因此，即使銀河系擁有的恒星以千億計，每顆恒星周圍可能都有行星環(huán)繞，被人類所證實的太陽系外行星也只有五千多顆。人類孜孜不倦地探索，保不準哪一天我們就能在某個恒星周圍發(fā)現(xiàn)一顆像《阿凡達》那樣的宜居行星呢。

2009年，詹姆斯·卡梅隆的科幻電影《阿凡達》上映，由此引發(fā)了電影界的3D浪潮，《阿凡達2》也在一片期待中在2022年迎來熱映。

《阿凡達》虛構了一顆名叫“潘多拉”的美輪美奐的星球。這是一顆圍繞著氣態(tài)巨行星“波呂斐摩斯”旋轉的衛(wèi)星，而“波呂斐摩斯”的恒星是半人馬座α星B。也就是說，電影故事發(fā)生的舞臺，相當于是在“月亮”上。

從潘多拉星球上觀看波呂斐摩斯

波呂斐摩斯是希臘神話中的獨眼巨人，這顆巨大而璀璨的藍色星球是木星的兩倍。同木星上的大紅斑一樣，波呂斐摩斯也擁有一個巨大的藍色氣旋，就像巨人的眼睛一樣注視著潘多拉星球上的生靈。宇宙中的這類氣態(tài)巨行星也被稱為類木行星。

《流浪地球》中，木星表面的氫氣和地球表面的氧氣在結合

雖然被稱為“氣態(tài)”巨行星，但并不是說它們完全由氣體構成，它們也有一顆固態(tài)內核，只是由于大氣濃厚，無法界定其固態(tài)表面在哪里。通常來說，它們的氣態(tài)表面主要成分是氫，其次是氦。在《流浪地球》中，木星表面的氫氣和地球表面的氧氣結合后，被劉培強用空間站點燃，地球得以逃過一劫。而在《阿凡達》中，往返于潘多拉星球和空間站的太空飛船，動力來源就是波呂斐摩斯表面的氫。

氣態(tài)巨行星的衛(wèi)星上存在生命是一個非常靠譜的幻想。人類在宇宙探索中優(yōu)先考慮登陸的星球是月球和火星，其次就是木衛(wèi)二、木衛(wèi)四以及土衛(wèi)六。

《阿凡達》中人類乘坐的飛船，背景是潘多拉星球和波呂斐摩斯星，其次就是木衛(wèi)二、木衛(wèi)四以及土衛(wèi)六。

木星的四顆最明顯的衛(wèi)星在1610年就被伽利略用自制望遠鏡發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代的科學家則發(fā)現(xiàn)，這四顆衛(wèi)星都擁有大氣層，并且木衛(wèi)二和木衛(wèi)四極有可能存在液態(tài)水。而土衛(wèi)六泰坦，則是除月球外人類已知的最有名的衛(wèi)星，漫威電影中滅霸的老家就在這里。因為它擁有太陽系所有衛(wèi)星中最濃厚的大氣，且土星磁場的保護使得它免遭太陽風的侵襲。越是穩(wěn)定的環(huán)境孕育生命的可能性就越高，土衛(wèi)六也因此頗受科幻作品偏愛。

如果在波呂斐摩斯的磁場保護范圍內，有這樣一顆大氣充足、氣候宜人、存在液態(tài)水的衛(wèi)星，那么在這顆星球上，誕生出如此美麗動人的生態(tài)系統(tǒng)，也就合情合理、順風順水了。

在婦孺皆知的大IP《變形金剛》的設定中，汽車人和霸天虎的老家“賽博坦”，就是一顆位于半人馬座α星中的全部由金屬構成的行星。因為母星資源的衰竭，狂派和博派機器人們邊打邊跑，將戰(zhàn)場轉移到了離他們最近的地球。

在我們通常的認知里，行星的表面要么由巖石和水構成，要么由氣體構成，行星內部則是灼熱的巖漿。一顆全部是鋼鐵的行星可能存在嗎？這就要引入核聚變和比結合能①的概念。在整個元素周期表中，鐵元素的比結合能是所有元素中最大的。也就是說，比鐵輕的原子在聚變過程中都會釋放能量，比鐵重的原子在裂變過程中也會釋放能量。

在星系形成之初，分子云由于引力的原因逐漸聚合，當這片分子云中心的壓力足夠大，里面的氫元素就會開始聚變，一顆恒星就會被點燃。恒星在核聚變的過程中會逐漸把氫合成氦、碳和氧等，同時發(fā)光發(fā)熱，持續(xù)燃燒生命，而這個核聚變過程的終極產(chǎn)物就是鐵。

在《流浪地球》中，推動行星發(fā)動機的能量來源是重核聚變，簡稱“燒石頭”。重核聚變不同于將氫聚變?yōu)楹?，其原料是地球上最多的硅氧化合物，這些硅氧化合物聚變釋放能量后就剩下了鐵。雖然現(xiàn)實中的人類還沒掌握這種技術，但理論上來說還是很靠譜的。

“燒石頭”的行星發(fā)動機

要聚變成比鐵更重的元素不僅不能釋放能量，反而會吸收能量。因此，核子數(shù)大于鐵的元素，只能在超新星爆發(fā)時極端高溫高壓的條件下，才能被大規(guī)模制造出來。這些重金屬和鐵通過超新星爆發(fā)拋灑向星際，在億萬年的聚合中可能再次形成星球。雖然實驗室的高能粒子對撞機也能制備重元素，但那點產(chǎn)量相對于超新星爆發(fā)來說就聊勝于無了。

測量星系的年齡，其中一個方法就是通過光譜分析，測量其重元素豐度。簡單來說，鐵元素所占比例越多，星系誕生得就越早，它的年齡也就越大。對于賽博坦這樣一顆大鐵塊，它的壽命理論上也應該更長，孕育更高文明的可能性也更大，上面住著一群相愛相殺的機器人也不算是異想天開了。

《變形金剛》動畫中的賽博坦星球

雖然我們將那么多浮想聯(lián)翩寄托在了這顆離我們最近的星系，4.22光年的距離也不是一朝一夕就能到達的。三體人僅僅是加速一顆質子就花了四十年才跨越這道交流鴻溝，等到他們親自登門拜訪更是花了四百五十年。更不用說我們的“小破球”計劃，兩千五百年，一百代人，真可謂寄蜉蝣于天地之間了。

我們走得最遠的探測器“旅行者1號”，從1977年踏上旅程開始，在孤獨飛行四十六年后，已經(jīng)離我們二百三十七億千米遠，也才0.0025光年。雖然旅行者1號已經(jīng)不在太陽風的覆蓋范圍，但遠遠沒有脫離太陽的引力范圍，要到達半人馬座α星，至少還要等上四萬年。

“旅行者1 號”結構

旅行者1號的速度已經(jīng)達到了每秒鐘十七千米，不管是博爾特還是高鐵，和它相比都不是一個數(shù)量級。令人遺憾的是，如果沒有技術突破，我們有生之年都難以追趕上旅行者1號的步伐。然而，“突破攝星”計劃的出現(xiàn)著實讓人振奮。

這個項目由霍金于2016年發(fā)起，目標是在地球上建造數(shù)個高能激光發(fā)射器，用這些組成陣列的激光將數(shù)千個納米探測器送往外太空。這些納米探測器由郵票大小的光帆攜帶，在激光對光帆的加速下，最終能達到0.2倍光速，也就是每秒鐘六萬千米。如果一切順利，這些探測器二十多年就能到達半人馬座α星，而它們實時拍攝的照片，地球上的我們只需要等四年就能看到。

“突破攝星” 計劃

雖然這項計劃在技術層面仍然有許多不靠譜的設計，以至于人們紛紛覺得這是霍金生前的一個“大忽悠”，但如果我們人類齊心協(xié)力，摒棄前嫌，拿出冷戰(zhàn)時期那種太空競賽的氣魄，或許有一天，人類終能踏出飛往星辰大海的第一步，親眼見證我們鄰居星系的美景。希望這一天并不遙遠。

【責任編輯：尾巴】

①?以地球為中心，無限半徑的球面坐標系。

①?指天體在主星的引力作用下，其中一面永遠向著主星。月球相對于地球就是被潮汐鎖定了。

①?原子核的結合能與核子數(shù)之比，稱作比結合能（specific?binding?energy），也叫平均結合能。比結合能越大，原子核中的核子結合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。