《星際迷航》中的“八星系統”,在宇宙中真的存在嗎?有何科學依據?

心我在人就在


我們所擁有的宇宙往往比我們最瘋狂的科幻夢所能想象的還要奇妙和奇異。 最小的物質量子的性質和組成,宇宙的起源和命運以及現實中看不見的,暗物質組成成分都是科學事實的例子。在人類所有關於科技進步將把我們帶向何方的靈感夢想中,《星際迷航》也許是最有遠見的。
  • 圖注:儘管最明亮的恆星在任何天文圖像中都占主導地位,但遠不及較暗,質量低,溫度低的恆星。 在星團Terzan 5的這一區域中,大量的恆星以各種配置綁定在一起。 其中可能存在一個難以捉摸的,從未見過的八星系統的例子。

根據最新《星際迷航:皮卡德》提出了一個超越科學知識極限的新穎想法。雖然我們知道多星系統在宇宙中相當普遍,但這部新的科幻連續劇提出了八恆星系統的瘋狂想法。 根據《星際迷航:皮卡德》的描述,它不僅是人為製造的,而且它的中心還有一個行星。

  • 圖注:銀河系和周圍天空中的恆星密度圖,清楚地顯示了銀河系,麥哲倫星雲(大小和最大)(我們的兩個最大的衛星星系),如果仔細觀察,則位於SMC左側的NGC 104 6205在銀河系核心的上方和左側,NGC 7078在銀河系的下方。 在可見光下,只有星光和擋光粉塵被顯示出來,ESA的Gaia能夠測量銀河系中超過10億顆恆星的性質。

當我們仰望我們在天空中發現的光點時,這些光點都是一顆顆恆星發出來的。光是在銀河系中就有4000億顆這樣的星體,似乎每一個微小的光點都是一顆獨立的恆星。但這根本不是全部。

從1994年開始,成立了近地恆星研究聯合會(RECONS),以調查和了解離地球最近的恆星。在過去的25年裡,他們將搜索範圍擴大到25個秒差距(約82光年)的距離,識別並測量了2000多個離家近的恆星系統。雖然幾乎75%的系統與我們自己的太陽系相似——只有一顆恆星錨定了系統的其餘部分——但事實證明,其餘的多星系統佔了整個恆星的大約一半。

  • 圖注:雙星Kepler-16的光曲線,同時顯示一次和二次日食。 事實證明,似乎是單光點的所有恆星系統中約有四分之一是緊密的雙星,實際上許多緊密雙星的恆星實際上也與其他恆星結合,產生三重,四重 ,甚至更復雜的恆星系統。

根據探測,地球82光年內共有2168個恆星系統。然而,當你根據每個系統中恆星的數量來分解它們時,你會發現:

  • 1533個單一恆星系統,

  • 509個雙系統,

  • 102個三重系統,

  • 19個四重系統,

  • 四個五倍系統,

  • 甚至1個六元組系統。

總而言之,在我們82光年以內有2959顆恆星,其中近一半(2959顆星中的1,416顆,佔48%)是多星系統的一部分。

  • 圖注:如圖所示,雙子星座在其恆星中包含卡斯特(Castor):整個夜空中第24顆最明亮的恆星,位於圖像的左上方,略高於“雙”星Pollux的右側。卡斯特(Castor)是離地球最近的已知六重星系統。

特別是六重星系卡斯特(Castor),自古以來就是天文界關注的對象,因為它是地球整個夜空中最亮的第24個恆星系統。它位於僅僅51光年遠的地方,向我們展示了一個模板,如何讓這麼多恆星在一個系統中結合在一起。

卡斯特星由六顆單獨的恆星組成,它們被三個獨立的視覺組件捆綁在一起。最亮的部分,卡斯特A(Castor A),是一個緊密的雙星系統,由兩顆相互環繞的恆星組成,週期只有9.2天。第二個最亮的部分,卡斯特B(Castor B),也是由兩顆恆星組成的,它們的軌道非常快:週期為2.9天。卡斯特A和B都由一顆明亮的年輕恆星組成,其亮度和顏色與天狼星相似,圍繞著一顆微弱的紅矮星運行。

卡斯特A(Castor A)和卡斯特B(Castor B)系統是結合在一起的,但彼此之間的距離很大;卡斯特A(Castor A)和卡斯特B(Castor B)完成一個環繞彼此的軌道大約需要445年。但第三個組成部分卡斯特C(Castor C)是另一個緊密的雙星,由兩顆紅矮星組成。儘管它們以驚人的速度圍繞著彼此運行,週期為19.5小時,但圍繞著卡斯特A和B的旋轉,卡斯特C系統需要高達14000年的時間才能完成。

  • 圖注:儘管實際上夜空中的所有恆星似乎都是單光點,但其中許多是多星系統,我們見過的大約50%的恆星束縛在多星系統中。卡斯特(Castor)是在25秒差距內具有最多恆星的系統:它是六重星系統。

在引力的情況下,你可以在腦海中描繪出一幅正在發生的事情。只要你有一顆恆星,你就可以把兩顆恆星放在那裡,只要它們在我們太陽系的水星軌道或水星軌道的內部。這些緊密的雙星系統使得很難有另一個物體在附近運行,但是隻要你離這兩個系統足夠遠(比如說,在土星軌道或更遠的地方),你就可能在那裡有另一個巨大的物體。

這讓我們第一次看到了八重星系的樣子。想象一下:

  • 四個緊密的雙星(A、B、C和D),每個雙星軌道的週期很短,只有幾天,

  • 兩對行星(A和B,C和D)在太陽系的尺度上彼此大距離地繞著軌道運行:在某種程度上超出氣體巨星與太陽的分離的距離,

  • 這兩個四重系統(A和B雙星以及C和D雙星)彼此分離得很好,圍繞著它們的相互質心運行。圖注:從理論上講,八對星系統可以很容易地構建,因為成對的日食雙星可以形成兩個四元系統,然後又將它們結合在一起。 在《星際迷航:皮卡德》中,這是在一個以“悲傷星球”艾雅為中心的構造系統的背景下實現的。

當然,我們還沒有找到一個恆星系統,它有8個獨立的恆星,在這個或任何其他配置中,所有的恆星都被束縛在一起。但是我們已經發現了兩個七重恆星系統的例子,這兩個恆星系統是螣蛇十四和尾宿九,都在幾百光年之外,甚至肉眼都能看到。

螣蛇十四恆星系統由一個短週期(6天)的日食雙星組成,它與稍遠一點的第三顆明亮恆星相連,而這顆恆星又與另外兩對恆星相連,使總數達到7顆。

另一方面,尾宿九恆星系統由一個典型排列組成:兩個緊密的雙星,每一個都有一個更遙遠的三重伴星,其中一個與另一個巨大的恆星(形成一個四元系)相連,而另一個則與另一個三重星系相連。

  • 圖注:尾宿九系統,以圖解的方式顯示,但不是物理上正確的比例。請注意,如果系統的“B”或“C”成員是一個緊密的雙星體,這可能是我們第一個成功的八重體已知的穩定恆星系統。

這些系統是已知的僅有的兩個七星系統,但它們仍然相對靠近。據估計,螣蛇十四離我們620光年遠,而尾宿九離我們470光年遠。只有幾百萬顆恆星存在於地球1000光年內,不到銀河系恆星的0.01%。

如果在肉眼可見的幾千顆恆星中(在銀河系的4000億顆恆星中)有多個七重系統,那麼如果八重系統(或非八重系統)不是自然發生的話,這似乎是一個不可思議的巧合。畢竟,僅在尾宿九系統中,如果尾宿九B或尾宿九C(或兩者)都是短週期的雙星,那麼引力動力學就可以很好地計算出來——也就是說,系統仍然保持穩定。

  • 圖注:這張圖片展示了哈勃望遠鏡拍攝的開放星團NGC 290。星系中的恆星形成區域可以產生這些密集的恆星團,數量數以千計,其中多恆星系統是常見的。很難想象,一旦我們的觀測達到了可以分辨每個引力束縛系統中有多少恆星的程度,我們就會發現自然形成的八重恆星系統。

我們甚至不需要《星際迷航》中那種認為是智能外星文明,將這些恆星置於它們目前的形態中的自負;八重系統可能還沒有在自然界中被揭示出來,但它們應該以某種不可忽略的頻率存在。銀河系中有數千億顆恆星可供利用,如果我們銀河系中沒有至少數千個,甚至數十萬個或更多的八星系統,那將是一個相當令人驚訝的現象。

然而,令人驚訝的是,在《星際迷航》中所有恆星的共同質心發現一顆行星,八個“太陽”圍繞著一個被稱為“悲傷星球”艾雅的星球存在:其中包含一臺幾十萬年前建造的機器。這臺機器的目的是警告未來文明不要發展合成生命。

  • 圖注:位於這個人工建造的八重星系統中心的“悲傷世界”艾雅的配置使一切倒退。 恆星系統應該是自然發生的事物; 行星是唯一需要移動的東西。

合成生命的發展最終是否會證明是人類的毀滅,這是一個在科幻小說領域探索的問題,因為人工智能的使用(和濫用)是一個我們今天仍處於探索初級階段的倫理問題。但是在一個八重恆星系統的質量中心,有一個行星的存在對於引力動力學科學來說是一個完美的問題。

對於我們太陽系中的這類問題,我們有一個完美的類比:圍繞任何圍繞太陽運行的行星存在的五個拉格朗日點。拉格朗日點是太陽和行星的引力全部抵消的位置,使得物體在圍繞太陽的軌道上與行星處於同一週期。對於其中的兩個點(L4和L5),物體可以是穩定的並且永久地保持在那裡。對於其他(L1、L2和L3),位置不穩定。如果沒有恆定的軌道修正,物體將在引力上變得不穩定,並將在短時間內被射出,至少在天文時間尺度上是這樣。

  • 圖注:地球=太陽系統有效勢的等高線圖。 L1,L2和L3點是不穩定平衡的示例,其中位於該位置的物體將需要恆定的推力校正才能保持在那裡。 L4和L5處的物體甚至在天文時標上也可以保持穩定。

這對作為對未來文明的警告的“悲傷世界”艾雅意味著什麼?這意味著,八角星系統很可能是他們發現的自然存在的實體,然後他們移動了一顆行星,而不是一系列恆星,到這個準穩定的位置。

通過給行星配備一系列的推進器,就像我們給我們放置在面向太陽(L1)和麵向太陽(L2)的拉格朗日點的航天器配備推進器一樣,它可以在一段時間內保持相對於其他恆星的位置,甚至超過數十萬年。在同一個系統中,很容易有8、9甚至更多的恆星在數百萬年甚至數十億年內結合在一起。

但是如果你想要一個位於所有行星質量中心的行星呢?這不可能自然發生。然而,如果有人對最小化建造這樣一個系統所需的能量感興趣的話,他們會把精力花在移動和精煉一顆行星上,而不是操縱8個質量比恆星大得多的不同物體上。《星際迷航:皮卡德》也許已經正確地瞭解了該系統的科幻方面,但是如果選擇繞動多顆恆星而不是一個低質量的行星,那麼艾雅系統的那些古老建造者就做出了極其浪費的決定。


科技領航人


我們所擁有的宇宙往往比我們最瘋狂的科幻夢所能想象的還要奇妙和奇異。最小的物質量子的性質和組成,宇宙的起源和命運以及現實中看不見的,暗物質組成成分都是科學事實的例子。在人類所有關於科技進步將把我們帶向何方的靈感夢想中,《星際迷航》也許是最有遠見的。

儘管最明亮的恆星在任何天文圖像中都占主導地位,但遠不及較暗,質量低,溫度低的恆星。 在星團Terzan 5的這一區域中,大量的恆星以各種配置綁定在一起。 其中可能存在一個難以捉摸的,從未見過的八星系統的例子。

根據最新《星際迷航:皮卡德》提出了一個超越科學知識極限的新穎想法。雖然我們知道多星系統在宇宙中相當普遍,但這部新的科幻連續劇提出了八恆星系統的瘋狂想法。根據《星際迷航:皮卡德》的描述,它不僅是人為製造的,而且它的中心還有一個行星。

銀河系和周圍天空中的恆星密度圖,清楚地顯示了銀河系,麥哲倫星雲(大小和最大)(我們的兩個最大的衛星星系),如果仔細觀察,則位於SMC左側的NGC 104 6205在銀河系核心的上方和左側,NGC 7078在銀河系的下方。 在可見光下,只有星光和擋光粉塵被顯示出來,ESA的Gaia能夠測量銀河系中超過10億顆恆星的性質。

當我們仰望我們在天空中發現的光點時,這些光點都是一顆顆恆星發出來的。光是在銀河系中就有4000億顆這樣的星體,似乎每一個微小的光點都是一顆獨立的恆星。但這根本不是全部。


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