我們對(duì)銀河系中其它恒星周?chē)男行堑乃褜ひ呀?jīng)使我們發(fā)現(xiàn)了5000多個(gè)世界。這些系外行星中的一些可能類(lèi)似于地球，其表面條件可以維持液態(tài)水，并可能維持我們所知的生命。即使包括詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡（JWST）在內(nèi)的下一代望遠(yuǎn)鏡旨在研究這些遙遠(yuǎn)世界的大氣層，以評(píng)估它們是否適合承載生命，我們對(duì)宜居世界的搜索仍然有限。

像我們的太陽(yáng)這樣的單星并不是銀河系的常態(tài)；在我們的銀河系中，至少有一半的恒星以雙星的形式存在。有幾顆是三星或更多。這就提出了一個(gè)問(wèn)題：一個(gè)地球大小的行星在圍繞兩顆恒星的有利軌道上是否能夠支持生命？

當(dāng)然，這個(gè)想法也有一些注意事項(xiàng)。首先，它假設(shè)我們太陽(yáng)系中的行星形成方式適用于雙星周?chē)氖澜?。大量的研究表明，地球大小的世界甚至可能很難在混亂的雙星系統(tǒng)中形成。

形成的難題

在我們的太陽(yáng)系中，月亮大小的原行星被認(rèn)為是在一百萬(wàn)年內(nèi)從圍繞新生太陽(yáng)運(yùn)行的物質(zhì)盤(pán)中緩慢碰撞的塵埃粒子中形成的。多達(dá)數(shù)百個(gè)這樣的世界在太陽(yáng)系內(nèi)部碰撞和結(jié)合了大約1億年，直到只剩下四個(gè)大天體： 水星、金星、地球和火星。但是這種大規(guī)模的吸積作用可能對(duì)雙星周?chē)男行遣黄鹱饔?，因?yàn)樾行且婚_(kāi)始就很難形成。

整個(gè)第二顆恒星的引力存在使得盤(pán)狀粒子以更高的速度運(yùn)行。這些粒子在碰撞時(shí)不是輕輕地粘在一起，而是傾向于相互破碎。根據(jù)模擬，科學(xué)家們認(rèn)為，即使是幾百公里寬的小行星形成，它們的高速度也很可能在碰撞時(shí)相互破碎。

我們已經(jīng)在雙星甚至是多星系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了幾顆行星。它們是如何存在的呢？難道是路過(guò)的流浪行星太靠近雙星時(shí)，被它們的綜合引力捕獲到軌道上的？2021年，模擬新生雙星周?chē)行潜P(pán)性質(zhì)的科學(xué)家發(fā)表了一個(gè)更可行的解釋：行星盤(pán)的氣體，像風(fēng)一樣，可以在某些區(qū)域拖動(dòng)并減緩高速粒子和嬰兒行星，使它們能夠成長(zhǎng)為行星。

引力為雙子星的行星帶來(lái)了另一個(gè)陡峭的障礙。阿塔卡馬大型毫米/亞毫米陣列（ALMA） 射電望遠(yuǎn)鏡陣列對(duì)新生雙星周?chē)P(pán)的觀測(cè)表明，年輕的雙星會(huì)定期從其盤(pán)中吸引比單星更多的墜落物質(zhì)。這引發(fā)了恒星頻繁的能量爆發(fā)，使氣體升溫并不斷扭曲盤(pán)狀結(jié)構(gòu)。因此，只有星盤(pán)中某些較安靜的部分可能有利于巨行星的吸積。

更糟的是，雙星系統(tǒng)中原行星盤(pán)的明顯周期性加熱可能會(huì)蒸發(fā)小行星和彗星上的大量水冰和塵埃，并改變其有機(jī)分子的化學(xué)成分——我們已知的生命的基本成分?？紤]到科學(xué)家們認(rèn)為彗星和小行星是將水和有機(jī)物質(zhì)帶到早期地球的原因，這將使雙星行星上存在生命的希望徹底破滅。

一線生機(jī)

2017年，基于大量的氣候建模，科學(xué)家發(fā)表文章稱，一個(gè)地球大小的行星在兩顆類(lèi)太陽(yáng)型恒星周?chē)囊司訋е锌梢蚤L(zhǎng)期保留水，從而推測(cè)有利于生命的出現(xiàn)。他們發(fā)現(xiàn)，這種行星大氣中的水蒸氣云可以持續(xù)存在，并調(diào)節(jié)源于兩顆恒星的聯(lián)合引力效應(yīng)使行星在圓形軌道上擺動(dòng)和離開(kāi)（宜居帶）的溫度變化。從那時(shí)起，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了更多擴(kuò)大此類(lèi)系統(tǒng)中宜居區(qū)的機(jī)制。

衛(wèi)星提供了另一條途徑。土星的衛(wèi)星恩克拉多斯（土衛(wèi)二）有一個(gè)潛在的宜居的地下海洋，這是由其內(nèi)部部分在土星引力的牽引下摩擦產(chǎn)生的熱量所造成的。雙星系統(tǒng)中的巨行星周?chē)男l(wèi)星可能有類(lèi)似的條件，盡管它們也不在傳統(tǒng)的類(lèi)地行星宜居帶中。

一個(gè)宜居世界就在隔壁？

當(dāng)我們考慮到離地球最近的恒星系統(tǒng)——半人馬座α星有一對(duì)雙星時(shí)，所有這些找到雙星宜居世界的前景就變得非常耐人尋味了。

半人馬座α星距離地球僅4.4光年，它的兩顆類(lèi)似太陽(yáng)的恒星在地球南部的夜空中閃耀著光芒?？茖W(xué)家們長(zhǎng)期以來(lái)一直試圖探測(cè)這兩顆恒星周?chē)男行牵谖覀円呀?jīng)發(fā)現(xiàn)的5000個(gè)世界中，沒(méi)有一個(gè)確切地屬于這里。

我們離這對(duì)明亮的半人馬座α星很近，阻礙了我們對(duì)它們周?chē)赡艽嬖诘氖澜绲牧私?。從地球上看，這兩顆恒星的角度使得其中一顆恒星發(fā)出的光會(huì)污染對(duì)另一顆恒星周?chē)行堑乃阉?。好消息是，我們?cè)絹?lái)越敏感的工具加上2022~2035年這兩顆恒星之間足夠大的距離，可以幫助天文學(xué)家探測(cè)到該系統(tǒng)中任何有規(guī)模的世界。

尋找另一個(gè)暗淡藍(lán)點(diǎn)

由悉尼大學(xué)開(kāi)發(fā)的TOLIMAN太空望遠(yuǎn)鏡，由突破計(jì)劃（Breakthrough）私人資助，同時(shí)得到NASA的一些支持，目標(biāo)是在2023年發(fā)射。TOLIMAN將使用一種先進(jìn)的天體測(cè)量技術(shù)——即對(duì)恒星的位置、距離和運(yùn)動(dòng)進(jìn)行精確編目——來(lái)尋找半人馬座α星系中任何地球大小的世界。為了降低任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)，該團(tuán)隊(duì)在2021年8月成功發(fā)射了CUAVA-1立方體衛(wèi)星作為技術(shù)演示。該團(tuán)隊(duì)希望以后發(fā)射靈敏度更高的TOLIMAN+，以尋找更遠(yuǎn)雙星周?chē)膸r石世界。

雙星系外行星的衛(wèi)星孕育生命的可能性與我們的太陽(yáng)系聯(lián)系在一起。這十年來(lái)發(fā)射的一些最大的行星科學(xué)任務(wù)，如木星冰月探測(cè)器（Jupiter Icy Moons Explorer, 縮寫(xiě)JUICE）和歐羅巴快船（Europa?Clipper），都致力于尋找木星冰冷衛(wèi)星的地下海洋是否宜居。未來(lái)的任務(wù)概念，如Orbilander將尋找恩克拉多斯上的直接生命跡象。在這些衛(wèi)星中的任何一顆上發(fā)現(xiàn)強(qiáng)烈的生命跡象，都會(huì)促進(jìn)雙星系統(tǒng)中也可能存在類(lèi)似生命的想法。

與此同時(shí)，ALMA和JWST都可以在年輕的雙星周?chē)脑行潜P(pán)中探測(cè)到一些復(fù)雜的化學(xué)物質(zhì)，以幫助科學(xué)家確定它們的豐度和對(duì)我們所知的生命的適宜性。未來(lái)的望遠(yuǎn)鏡，如巨大的平方公里陣列和歐洲極大型望遠(yuǎn)鏡，將能夠探測(cè)到更多更大的有機(jī)分子。他們還將在雙星行星的大氣中發(fā)現(xiàn)適合生命的化學(xué)物質(zhì)。

早在20世紀(jì)40年代，在第一顆系外行星被發(fā)現(xiàn)之前的半個(gè)世紀(jì)，艾薩克·阿西莫夫在他的小說(shuō)《夜幕降臨（Nightfall）》中想象了在圍繞多顆恒星運(yùn)行的行星上可能存在生命?，F(xiàn)在，如果在我們的宇宙鄰居半人馬座α星上發(fā)現(xiàn)并成像了一個(gè)類(lèi)似地球的世界，卡爾·薩根關(guān)于“暗淡藍(lán)點(diǎn)”的著名敘述將具有更大的意義。

關(guān)于作者

原文地址：Are planets with two stars promising places… | The Planetary Society