双星系统是否可以孕育生命?科学家综合分析,需要满足这几个条件
根据科学家的观测,在太阳系附近81.5光年内,有40%的恒星都处于双星系统中。随着科学家发现的双星系统越来越多,才发现它们在宇宙之中是如此普遍,而我们的太阳似乎反而孤单得有点特立独行(谁叫木星“不争气”呢)。
我们从未真正见识过双星系统是一个怎样的世界,但知道一些基础属性和我们也没什么不同的。它们也有自己的恒星系,控制着一片宇宙区域,还能有自己的行星。
图片说明:开普勒 47c 假想图
2012年,以色列特拉维夫大学的天文学家团队利用开普勒太空望远镜,发现了双星系统开普勒47的两颗行星——开普勒 47b和开普勒 47c。
令人惊讶的是,行星开普勒 47c被认为处于宜居带。据观测,它的表面温度约为-28摄氏度,虽然比地球冷,但对于地球生物来说还可以接受。而且,据推测,它的大气里,很有可能有少量的水蒸气。这让天文学家纷纷好奇:它的表面是否可以孕育生命?系外生命是否可以在双星系统中出现?
对于开普勒 47c本身来说,孕育生命是不太可能的了,因为它是一颗气体巨星。据观测,它的直径是地球的4.62倍,质量为23倍。不过,这不意味着其他围绕双星系统公转的行星就不能孕育生命。毕竟,最重要的条件之一——温度已经符合了,那么,生命出现的最基本条件,也就满足了。
但是,里雅斯特天文台的研究员Paul Sutter对于双星系统孕育生命,还是持怀疑态度的。
首先值得担心的,就是引力作用。
万有引力是我们最熟悉的一种力,也是四大基本作用力中最早接触的一种。只要你上过高中物理课,就能计算出两个物体之间的万有引力有多大。如果学过基本的天文学知识,那么计算行星围绕一颗恒星的轨道也没什么问题。可是,当我们在这个体系中再加入一颗恒星,问题就复杂了。两颗恒星是会相对运动的,它们位置的变化,就会导致体系质心不断改变。
在这种情况下,这颗行星就会受到波动,而且波动的方式将很难把握,很有可能会搞得时而离两颗恒星极为遥远,天气变得极寒;时而距离某颗恒星过近,酷热难当。鉴于目前开普勒 47c还算是处于宜居带,我们暂且忽略这个问题。但是,这不代表问题就解决了。
这个双星系统不可能只包含两颗恒星和一颗行星,就算没有其他行星,但也少不了会有一些小天体的存在。在两颗恒星的引力波动下,这些小天体也会到处乱窜。我们提到过,即使是木星和土星的引力作用,就会让许多小天体从太阳系外侧进入到太阳系内侧,增加撞击地球的可能。很难想象,如果是双星系统,这样的碰撞会多么频繁。
因此,如果一个双星系统想要孕育生命,一定要满足引力场相对稳定这个条件。想要满足这个条件,只有两种情况:
其中一颗恒星拥有足够的巨大优势,能够完全支配另一颗恒星;
要么是两颗恒星能够完美地产生相等的引力效应,让它们看起来像是一颗恒星。根据新墨西哥州的研究员琼尼·克拉克的计算,两颗恒星的距离大约要在0.1个天文单位之内才可以。
以开普勒 47系统为例,情况就属于第二种。首先,两颗恒星的距离足够近,只有1750万公里,只有不到0.12个天文单位,还不足水星轨道的一半。因此,只要距离足够远,它们的引力可以看成是一体的。显然,开普勒 47c就处在这样的位置上,几乎和地球轨道差不多。由于两颗恒星都比太阳小,所以它们两个加一起也无法提供太阳的热量和引力,让开普勒 47c变成了一颗宜居带行星。
另外,Paul Sutter也讨论了另一种情况,那就是行星只围绕其中一颗恒星作稳定公转的可能性。但是,新的问题又会产生了:这颗行星可能绝大部分时间都处于白昼,黑夜非常短。对于地球生物来说,没有黑夜的生活是难以想象的,日落而息的生活不复存在,睡觉的时间可能靠随机选择。
你可能会说:地球的生物适应地球的时间,双星系统的生命可能偏偏就适应没有黑夜的生活呢!
没错,但是,这种情况下带来的问题绝不仅仅是光照那么简单。光照带来的不仅仅是明亮的可见光,还有紫外线、恒星风等辐射。对于地球生物来说,至少夜晚还有喘息的机会。我很好奇,系外生命能承受双倍辐射的伤害吗?因此,第一种情况下存在生命的可能性,实在是不高,只能寄希望于另一颗恒星非常非常遥远,以至于几乎可以忽略不计。
在讨论了这两种情况后,Paul Sutter指出:虽然有了开普勒 47c的例子,但可以看出,它存在于宜居带纯属偶然。如果我们把赌注压在这种偶然事件上,去寻找双星系统的系外生命,实在是非常困难的。
最后他也客观地指出:在这样不稳定、无规律性和强辐射的环境下,我们很难想象有复杂的生命可以演化出来。不过,从另一方面来讲,大自然从来都不会受到人类的想象力所限。因此,系外究竟有怎样的生命,谁又能说得准呢?