天文科普:恒星隱匿“外星巨型結構”?體積多大才能阻擋光線?
來源:科普中國
發布時間:2020-09-10
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如圖所示,這是藝術家描繪的KIC 8462852恒星,從(cong) 地球角度觀測,這顆恒星出現了亮度變化,一種假設是一顆分解的行星環繞恒星運行,行星殘骸阻擋了恒星光線。

圖中藝術家描繪一個(ge) 假設的灰塵環環繞KIC 8462852恒星。

藝術家描繪的是彗星殘骸散布在恒星軌道,科學家曾認為(wei) 彗星殘骸是解釋KIC 8462852恒星光線變暗的原因。

物理學家弗裏曼·戴森稱,高度文明的外星人通過環繞恒星運行的采集能量的衛星群,可以形成“戴森球(Dyson spheres)”。

  據國外媒體(ti) 報道,2015年,天文學家觀測到一種奇特閃爍光線,幫助天文學家發現了神秘恒星——KIC 8462852,這顆恒星也被稱為(wei) “塔比恒星(Tabby‘s Star)”,或者Boyajian’s Star,科學家猜測它被一種“外星巨型結構”環繞,如果通過恒星前方的是一些離散天體(ti) 或者簇狀物質,其體(ti) 積必須是太陽的5倍以上,並且遠大於(yu) KIC 8462852恒星直徑。

  這顆恒星和奇特的閃爍光線成為(wei) 2015年太空探索頭條新聞,當該天體(ti) 首次被觀測發現時,開普勒太空望遠鏡環繞地球運行,在太空中搜尋數千顆恒星中的類地行星,期間發現了KIC 8462852。

  通常情況下,一顆行星途經一顆恒星,會(hui) 使恒星照射至地球的光線變昏暗,這種微小的光線昏暗變化每間隔一定時間重複出現。然而,KIC 8462852恒星並未出現這種類型的光線昏暗變化,首先,如果一顆行星途經其前方,恒星會(hui) 變得昏暗;如果行星的體(ti) 積是恒星的1%,可能會(hui) 阻擋來自恒星的光線照射。目前觀測顯示,KIC 8462852恒星光線減弱了22%,更重要的是,當行星運行掠過恒星前方時,這種光線變化並不規律。

  關(guan) 於(yu) 這種亮度變化有幾種解釋理論,其中包括:彗星碎片、類似土星的行星環或者行星分解產(chan) 生的小行星帶。一般而言,天文學家並不認為(wei) 這是外星人存在所形成的,近期一些研究人員提出,可能是一種不規則塵埃雲(yun) 所造成的。

  起初,一些人推測,這顆恒星可能隱匿著巨型結構——圍繞恒星運行的外星文明建造的巨大建築,像這樣的建築結構可以解釋恒星為(wei) 什麽(me) 會(hui) 出現光線昏暗變化。

  但是科幻愛好者們(men) 希望知道是否這是一種外星人建築,這種建築結構需要多大,才能形成科學家們(men) 所觀測的光線昏暗效應呢?KIC 8462852是一顆F類型恒星,其溫度比太陽高,距離地球大約1300光年,1光年相當於(yu) 9.5萬(wan) 億(yi) 公裏。然而,該距離是一個(ge) 估計值,KIC 8462852恒星可能距離地球1680光年,最近距離可能是1030光年。KIC 8462852質量大約是太陽的1.43倍,直徑大約是太陽的1.58倍,從(cong) 而推算它的直徑是220萬(wan) 公裏。為(wei) 了更好地理解這一尺寸,其相當於(yu) 美國經線方向長度的455倍。

  在這顆恒星表麵建造的任何結構必須非常大,才能以任何明顯的方式阻擋恒星的光線。美國哥倫(lun) 比亞(ya) 大學天文學家大衛·基平(David Kipping)從(cong) 事地外衛星搜尋工作,他評估稱,如果通過恒星前方的是一些離散天體(ti) 或者簇狀物質,其體(ti) 積必須是太陽的5倍以上,並且遠大於(yu) KIC 8462852恒星直徑。

  人們(men) 可以想像一下,如果這樣大體(ti) 積的天體(ti) 掠過太陽和地球之間,形成的日食現象會(hui) 持續幾天時間,或許長達幾個(ge) 星期。太陽半徑為(wei) 695700公裏,其5倍半徑就是大約347萬(wan) 公裏,像這樣巨大的天體(ti) ,無線信號從(cong) 天體(ti) 一端傳(chuan) 遞至另一端需要11.6秒,相比之下,無線信號從(cong) 地球發射,抵達月球需要1.3秒時間。

  1960年,物理學家弗裏曼·戴森(Freeman Dyson)提出,一個(ge) 非常先進的地外文明可以在恒星周圍建立一個(ge) 球體(ti) 結構,並能捕獲恒星所有的輻射能(地球觀測者會(hui) 觀察到這顆恒星以紅外線再輻射,因此該恒星看上去像一個(ge) 巨大的熱量源)。但是觀測結果清晰表明,KIC 8462852並未被一個(ge) 球狀固體(ti) 環繞,因為(wei) 我們(men) 可以看到該恒星的光線。你可以想像一下,這種類型的外星巨型結構可能是環繞恒星一群球狀排列的小型物質,或者是一些較大物質,或者是定期掠過恒星前方的一組物質。

  以上物質被稱為(wei) “戴森群”,它比球狀結構更容易製造,如果KIC 8462852恒星被“戴森群”物質環繞,那麽(me) 每顆“衛星”必須是小行星等級的體(ti) 積,並且“戴森群”需要數千顆“衛星”。

  如果“戴森群”環繞恒星的距離相當於(yu) 太陽係內(nei) 側(ce) 行星的軌道距離,那麽(me) 它們(men) 將遵循開普勒的行星運行定律,環繞恒星一周的時間需要數月或者幾年時間。

  環繞KIC 8462852恒星的環狀結構是否與(yu) 拉裏·尼文(la Larry Niven)長篇科幻小說《環形世界》所描述的相似呢?如果建造環繞太陽的一個(ge) 環狀結構,其半徑必須達到1.49億(yi) 公裏,或者其周長達到9.4億(yi) 公裏。這樣的結構太大了,沒有任何物質能夠承受其壓力,尼文在科幻小說中提出了一種虛構物質,叫做“scrith”。天體(ti) 物理學家凱蒂·麥克(Katie Mack)在接受新聞媒體(ti) 采訪時稱,你需要比普通分子鍵更強的物質結構。尼文在科幻小說《環形世界》中假定了一個(ge) 大約160萬(wan) 公裏直徑的環狀結構,它足夠大,從(cong) 觀測者角度能夠阻止主恒星釋放的光線。但是來自KIC 8462852恒星日食光線類型與(yu) 環狀結構並不匹配。麥克指出,這種光線昏暗變化並未顯示出是由不規則結構產(chan) 生的。

  一種猜測是巨大的戴森環,雖然數公裏直徑的衛星環繞KIC 8462852恒星運行,但是該情況下,為(wei) 了保證戴森環衛星掠過恒星,從(cong) 地球角度觀測到光線昏暗變化,這些衛星必須非常大,比任何人類嚐試建造或殖民太空棲息基地大幾個(ge) 數量級。國際空間站寬度僅(jin) 有108米,如果它“接近”火星軌道,由於(yu) 其體(ti) 積較小,從(cong) 地球角度是無法觀測到它的存在,因此更不說這樣大小的結構位於(yu) 數光年的距離了。

  迄今為(wei) 止,開普勒太空望遠鏡發現的最小係外行星體(ti) 積大於(yu) 月球,該係外行星叫做Kepler 37b,它比KIC 8462852恒星更接近地球,僅(jin) 相距地球215光年。如果KIC 8462852恒星被衛星環繞,那麽(me) 這些衛星體(ti) 積必須大於(yu) 《星球大戰》中的“死星”,在科幻電影《星球大戰》中描述死星直徑大約100公裏。

  那麽(me) 為(wei) 什麽(me) 科學家不認為(wei) 外星人是導致KIC 8462852恒星光線變暗的解釋呢?一個(ge) 原因是外星巨型結構將以特殊的方式釋放紅外線輻射,任何被附近恒星照亮的天體(ti) 將反射一些光線,並吸收其餘(yu) 的光線,而吸收的光線會(hui) 以較長波長進行再次釋放。基本上,這些天體(ti) 將加熱升溫。2016年8月,美國賓夕法尼亞(ya) 州立大學天文學家傑森·懷特(Jason Wright)在地外文明搜索研究所(SETI)的一次演講中說:“對KIC 8462852恒星釋放光線的研究表明,該恒星並沒有‘浪費熱量’的任何跡象。”

  另一個(ge) 問題是這樣的外星巨型結構很難保持穩定,衛星群環繞恒星運行,最終會(hui) 形成一個(ge) 類似盤狀排列結構,很難進行有效控製,因為(wei) 某些天體(ti) 會(hui) 環繞其它恒星運行,或者環繞過程中承受向心力作用,這將解釋為(wei) 什麽(me) 地球呈現輕微的扁狀結構。“戴森環”和“戴森群”也是如此。

  未來學家安德斯·桑德伯格(Anders Sandberg)在他的網站上概述了戴森球原理,表示可能保持穩定狀態的是結構是“戴森泡(Dyson bubble)”,是由長度數千米正方形衛星群構成,由於(yu) 輻射壓力作用,它們(men) 能夠保持原位,形成巨大的太陽帆。但是為(wei) 了保持原位,這些衛星必須與(yu) 主恒星保持相對靜止,這樣就不會(hui) 隨著時間的推移而產(chan) 生不規則光線昏暗變化,正如我們(men) 所觀察的KIC 8462852恒星光線變化情況。

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