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一颗类地行星能存在于两个太阳周围吗?

2020/8/8 10:29:48 来源:原创 浏览:

一颗行星和两个太阳的奇幻之旅

图源:forbes

快门

如果两个太阳围绕彼此旋转会发生什么?这个话题首次出现于Quora网站——一个获取知识、共享知识的网站,让人们能够向他人学习并更好地了解世界。

永旺(Aeon)的图书作者和科学编辑科里·鲍威尔(Corey Powell)在Quora网站上回答:

如果两个太阳围绕彼此旋转会发生什么?

很长一段时间以来,这仅仅是一个理论上的问题。但是,在过去十年左右的时间里,天文学家们已经发现了十几个已确认的“环绕型行星”实例,即围绕着双星系统运行的行星。

(请注意:某些已知的行星围绕着一颗拥有遥远伴星的恒星来运行,这种情况与本次讨论的问题大不相同,不能混为一谈。)

一个特别有趣的例子是开普勒1647b行星,它围绕着两颗大致像太阳的恒星旋转。同时,该行星也位于“宜居区域”,即两颗恒星周围的区域,在此区域中,行星的温度可能适合液态水的存在。

图解:开普勒1647b行星(Kepler-1647b)是由圣地亚哥州立大学的研究团队通过开普勒太空望远镜发现的迄今最大的环双星行星,是人类已知的拥有最长运行轨道的凌日行星(transiting planet)之一,它环绕其宿主恒星需要1107天即三年多的时间。图源:google

如果地球拥有两个太阳而不是一个太阳怎么办?让我们考虑一个简单的情景。假设我们用两颗紧密匹配的恒星代替了太阳,每颗恒星的亮度都和太阳一样。在这种情况下,到达地球的能量将保持不变,并且这里仍然有生命。这种等质量二进制并不罕见,因此这种情景似乎是完全合理的。

我们每个新太阳的质量(将其称为太阳1号和太阳2号)大约是当前太阳质量的85%。这似乎令人很惊讶,但是恒星的发光度对质量极为敏感。粗略地说,光度是质量的四次方,因此,将恒星质量加倍会使其亮度增加16倍(2x2x2x2),而质量降低15%足以将恒星的亮度降低一半。

图解:太阳。图源:google

太阳1号和太阳2号的总质量将是我们当前太阳质量的1.7倍。因为它们的总重力会更大,所以一年的时间会少一点,大约280天而不是365天。不可否认的是这种改变并不彻底。

从现实情况来看,到目前为止一切顺利。但是,如果让地球由围绕一颗恒星运行变成围绕两颗恒星运行,那么,地球在新的配置之下还会保持稳定吗?开普勒1647b行星和其他环绕型行星明确给出了“是”的答案。只要恒星与行星的距离至少是两颗恒星间距的4倍,行星就可以快乐地围绕恒星的质心旋转。如果太阳1号和太阳2号的间距小于1500万公里,那么太阳系中的所有行星(甚至是水星)都可能是稳定的。

为了安全起见,让我们把恒星拉近一点,相距约500万公里。开普勒1647b行星围绕的两颗恒星之间相距约700万英里(约1126.5408公里),与我们的假设相差无几。太阳1号和太阳2号每10天左右绕轨道运行一次。按常理推断,两个各自旋转10天的太阳比我们当前的太阳会更加活跃,但事实上并非如此。开普勒1647行星围绕的两颗恒星非常平静。

从地球上来看,两个太阳可能会大致平行地绕轨道运行,这将导致一个奇怪的新现象:一个太阳使另一个太阳黯然失色,发生日食现象!由于运行周期为10天,太阳1号和太阳2号将每5天经过彼此一次。每次日食将持续约6个小时,在高峰期,到达地球的能量将减少约30–40%,具体取决于确切的几何形状。

图解:开普勒1647b行星的凌日想象图。图源:google

发生日食的时候会很冷,但是日照减少的时间足够短暂,可以平均到地球的整体气候中,甚至两个太阳在天空中看起来都不是那么奇怪。在最大间隔下,太阳1号和太阳2号在天空中的距离仅为2度,足以使阴影具有双重边缘。在日食的两边大约半天,两个太阳似乎合并了,但是如果它们滑到云层后面,你会从重叠的磁盘中看到奇怪的椭圆形形状。日落会很漂亮,每个晚上都会有所不同

到目前为止,所有证据都表明,像《星球大战》中的塔图因这样的行星确实存在。如果地球绕着双星系统而不是我们一个孤独的太阳运行,那么地球将做得很好。此时,只有一个悬而未决的大问题:可以形成这样一颗行星吗?

图解:塔图因的双子落日奇观。图源:baidu

开普勒1647b行星是巨大的气体行星,其质量几乎是木星的两倍。即使是已知最小的环绕型行星开普勒453b行星,也是重量级的,比海王星还大。

可能是双星系统周围的环境太混乱了,无法形成像地球一样小的岩石小行星。再说一次,其他有两个太阳的地球也很常见,而我们的望远镜根本不够灵敏,到目前为止,还无法找到它们。

幸运的是,更好的望远镜即将出世。在未来十年中,柏拉图太空望远镜以及巨型麦哲伦望远镜和超大型望远镜等大型地面观测站将为我们提供更多有关其他恒星周围的各种行星的信息,包括可能有双太阳照亮天空的类地行星。

图解:巨型麦哲伦望远镜。图源:wikipedia

作者: forbes

FY: 来休

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