第九章 沒有黑夜的地球

如果地球有兩顆太陽，那會如何？

我們的太陽是宇宙裏一顆孤零零的單恒星，而其他恒星通常有一顆或多顆恒星陪伴。很長時間以來，人們甚至認為成雙成對的恒星（雙恒星）遠比單恒星多。不僅如此，人們還知道三星係統、四星係統等。而鍵閉星（Nu Scorpii）是由7顆恒星構成。現有的估算數據告訴我們，小恒星大多是單恒星，大恒星則通常屬於非常複雜的多星係統。像太陽這麽大的恒星介於兩種情況之間：一半是單星係統，一半是多星係統。許多科幻作品以這些恒星係統為題材，比如《星球大戰》（Star Wars）中的塔圖因行星（Tatooine）[1]，以及艾薩克·阿西莫夫所著短篇小說《日暮》（Notturno）中的6個卡爾蓋什（Kalgash）天體。縱使科幻作家們熱衷於此類幻想，天文學家卻始終認為行星不可能繞多顆恒星轉動，直到2011年，開普勒太空望遠鏡觀測到了第一顆明顯屬於此類係統的行星。“開普勒-16b”是一顆氣態巨行星，體積和土星一般大，圍繞距離地球200光年的一個雙星係統運動。環聯星運轉係外行星（太陽係外圍繞兩顆或多顆恒星運動的行星）的首次發現將科幻變成了現實。在那之後又有其他類似的發現。

在我們的太陽係裏，太陽是單恒星，這是既定事實。同其他所有恒星一樣，太陽也起源於一團巨大的氫氦星雲，與太陽同時誕生的還有另外數千顆姊妹恒星。可惜太陽沒有與這些姊妹恒星中的任何一顆形成多星係統，因為在數十億年的時間裏，銀河係的潮汐力分散了它們。太陽係中質量最大的行星是木星，但也不過是太陽的1/1000。這就大大簡化了行星的處境：單單太陽一個天體就占據了太陽係總質量的99.9%，這使太陽係能夠保持穩定，確保其中的天體正常運轉。地球生態係統十分受用於其近乎圓形的公轉軌道——它使地球幾乎能持續地接收到一定能量。但如果我們有兩顆恒星，情況就不同了，並且是大不相同。

給太陽找個伴兒的第二種方法是，假設該伴星的軌道麵非常大。如此一來，兩顆恒星就能各自擁有一個行星係統。比如離我們最近的恒星係統南門二（Alfa Centauri）就屬於這種情況，它由三顆恒星組成。最大、最亮的那兩顆恒星（與我們的太陽相似）互相繞轉，周期約為80年，雙方軌道都特別長。距離最近時，這兩顆恒星之間也足以容納一個較小的行星係統，其中可能有許多宜居行星，並且它們不會受到各自軌道的嚴重幹擾。但至今尚未觀測到圍繞這兩顆恒星公轉的任何行星。而第三顆恒星就更幸運了：比鄰星（Proxima Centauri）是一顆暗淡的小紅矮星，其軌道距離兩位“姐姐”非常遠，公轉周期約為500 000年。湊巧，它還是離太陽最近的恒星，距離隻有4.24光年。我們正是在比鄰星周圍發現了兩顆行星，其中一顆也許能儲存液態水。在這兩顆行星上眺望天空，看見的比鄰星就像一個橙色的球，比我們的太陽大3倍；而如果是晚上，則可以欣賞那兩顆主要恒星，它們比在地球上看見的金星還要亮得多。

模仿南門二的情況，我們給太陽找一個雙胞胎姐妹並取名埃利奧[3]。這兩顆恒星相互繞轉，周期相當長，約為160年。太陽與埃利奧同時運動，且相互對稱。如何設定它們的軌道離心率至關重要。如果離心率太大，那麽雖然周期長，但兩顆恒星會有相距很近的時候，這就意味著整個太陽係都得遭殃：行星要麽被拋往各個方向，要麽在很短時間內被毀滅。而太陽和埃利奧對此卻毫無感覺。如果軌道較圓，那麽這兩顆恒星永遠都不會靠得特別近，它們之間會保留一塊寬闊的獨立空間，行星運動時不會受到太多幹擾。但不管怎麽說，外太陽係是保不住了：軌道太長的行星會定期碰上埃利奧，並被撞出太陽係。但位於內太陽係的火星及其以內的行星因為軌道更短，所以不會受到影響。如果太陽和埃利奧的軌道是完美的圓形，那麽在地球上看這顆“入侵”的恒星時，就和在海王星上看太陽一模一樣：仿佛在60億千米外看一根大頭針的針帽，亮度是太陽的1/1400、滿月的200倍。距離這麽遠的埃利奧不會對地球上的氣候造成任何影響，但它的亮度足以使地球的夜晚像太陽剛落下幾分鍾時那麽亮。不過，一年當中隻有一小段時間會出現這樣的夜晚：實際上，天穹裏的埃利奧看起來和其他任何一顆星星都一樣。某段時間隻有白天能看見埃利奧，接下來一段時間隻有破曉前能看見，再之後隻有夜裏能看見，接著是黃昏時分，以此類推，有點類似月相變化。

不過，當太陽與埃利奧的軌道離心率極低時，情況會更有趣。這時地球氣候就會受到明顯影響了。要確保不引起麻煩，行星與埃利奧的距離至少應為日地距離的5倍。低於此距離，類地行星便會開始脫離軌道。在該距離下，埃利奧最亮時是太陽亮度的1/25，發出的能量會使地球略微升溫。不過這一距離持續的時間很短，隻有10年左右，但在此期間地球上的景觀將會十分特別。很容易便可想象出人類會如何經曆這一周期性階段：焦急地等待最近點到來，並為此慶祝很長一段時間，曆史也會圍繞這一階段書寫。晚上也能看見埃利奧的那段日子裏，由於距離太近，夜晚幾乎和多雲的白天一樣亮，而白天則會經曆兩個“日”出和“日”落。埃利奧與太陽會麵的那段時期，夜晚便是漆黑一片。經過最近距離之後，埃利奧又開始遠離地球，它的光芒會減弱，很快便回到最初的情況，並持續150年。

給地球再找一個太陽的第三種方法是複製一個“開普勒-16”：所有行星同時圍繞兩顆恒星運動，仿佛這個星係裏隻有一顆質量翻倍的恒星。在這一情景中，太陽身邊有一顆更小、更冷的恒星，我們叫它“天照”（Amaterasu），即日本神道教裏“天空中光芒四射的偉大女神”。兩顆恒星圍繞共同的質心運動，周期為20天左右，軌道離心率較小。這種情況下要遭殃的是內太陽係。水星和金星將不複存在：它們軌道所在的位置會受到兩顆恒星特別強烈的幹擾，這兩顆行星會在很短的時間內裂成碎片，或被拋到太空中去。地球陷入了一個微妙的處境：軌道是穩定的，但天照的存在導致它特別熱，生物無法居住。因此最好把地球往外移一點。至於太陽係中的其餘天體則幾乎感覺不到變化。地球上的氣候會變得不太穩定：由於天照的存在，氣溫將會隨兩顆恒星運動階段的變化而同步變化。也就是說，除了自轉傾角，導致地球上季節變化的原因又多了一個。夏天有幾周太陽離地球更近，導致溫度上升，而其他幾周天照離得更近，天氣會變得更涼爽。冬天也一樣。地球上許多文學作品應該都會描述微紅色光芒下糟糕的冰寒之景，或者是太陽距離更近時，那令人窒息的熱浪。當一顆恒星擋住另一顆恒星時，這出“雙星芭蕾舞劇”便會達到**。如果是天照被擋住，那變化很小；但如果是太陽被更暗的天照擋住，那麽白天就會變得更暗、更冷。幸運的是，這種天食[4]現象最多持續幾小時。

更複雜的情況也有可能，但概率很小。太陽係中心有3顆恒星的情況就不予討論了，至少要保證有適宜生命居住的行星存在：這是因為行星軌道距離複雜的恒星係統越遠，受到的影響就越小。從很遠的地方看，仿佛所有天體都集中在唯一的中心點上。對於雙星係統中的恒星來說，這樣的軌道距離是安全的，仍能保證液態水存在，但對於三星係統或更複雜的係統來說，距離就太大了，無法使行星軌道保持穩定。再者說，一個係統裏有3個天體質量接近，那麽這個係統本身就是混亂的，它的結局可能會很糟糕：3顆恒星四處亂撞，行星便隨之遭殃。已知的三星係統有半人馬座α星——在距離一對雙星外遠得多的地方，第3顆恒星圍繞它們轉動。類似地，四星係統通常由相近的兩對雙星組成，一對繞著另一對轉，比如“開普勒-64b”所在的係統。這是一顆與土星類似的行星，它圍繞一對相距很近的雙星公轉，周期隻有20天，雙星中有一顆比太陽還亮得多，另一顆則更小、更冷得多。與它們相伴的另一對雙星中有一顆近似太陽，另一顆約為太陽體積的一半，這兩顆恒星相互繞轉的周期約為380天。兩對雙星繞公共質心轉動的周期為17 000年。因此，開普勒-64b所在係統中，不僅靠得更近的那對雙星周圍有行星，也許另外兩顆恒星周圍也分別有行星公轉。論等級還能繼續劃分下去，但這麽做已經沒有意義了。

曾經，圍繞一顆以上恒星公轉的行星在科學界是件“新聞”，但今天我們已經找到了數十顆這樣的行星。現在有理由推測宇宙某處還有更複雜的恒星係統，也許某個行星上真的看不見“日”落。如果真發現這樣一顆行星，那我們就不能再抱怨說，無法完成所有工作是因為白天不夠長了。

[1] 在電影中被設定為一顆圍繞雙星係統運動的行星。

[2] 米蘭科維奇循環：地球繞太陽公轉的軌道形狀、自轉軸傾角、自轉軸搖擺等情況周期性地改變，進而導致全球氣候發生周期性的變化。

[3] 即Elio，在希臘語中意為太陽。

[4] 這裏指代天照或太陽被遮擋的情況。——編者注