沙丘中的双月凌空三星混绕，会真实发生吗？

　　人类在地球之外的其他星球如何生活？会发生什么样的故事？
　　这是很多科幻文艺作品的背景设定，无论太空歌剧《星战》，还是《三体》之类硬科幻。
　　近期上映的科幻电影《沙丘》，故事即在沙漠行星＂厄拉科斯＂展开。但除去外星生物＂沙虫＂和双月凌空的天象以外，电影中的环境更像地球上中东地区的复刻。
　　而伴随着《三体》动画版及电视剧集的官宣预告片近期在全球首发，这部小说中三体行星的奇特环境设定再次汇聚各方的目光：三颗恒星进行着极其复杂又难以预测的＂三体运动＂，致使三体行星在三颗恒星之间往来穿梭，时冷时热，气候毫无规律，无迹可循。
　　就《沙丘》和《三体》这两部近期引人关注的影视作品来说，其背景设定是否合理？《沙丘》中的一星双月，以及《三体》中的混乱三星，这类天象在真实宇宙中会否存在？我们能够在太阳系以外找到＂厄拉科斯＂或者＂三体行星＂吗？
　　比邻星b与其所属的半人马座三星系统的艺术假想图。由比邻星和半人马座αA、B星组成的三星系统，是科幻小说《三体》中三体人所在星系的原型。 图片：欧洲南方天文台
　　沙漠行星去哪找？
　　＂厄拉科斯——沙丘——沙漠星球。＂在沙丘系列小说开篇作里，科幻作家弗兰克·赫伯特反复咏唱这三个词。
　　厄拉科斯，是沙丘故事的发生地。故事发生在遥远的未来。这是一颗沙漠星球，有两颗月亮，是宇宙航行所需资源——一种被称为＂美琅脂＂的香料的唯一产地。
　　在沙丘的宇宙世界中，宇宙帝国的权力结构受到香料的供应的限制——这或许是一种隐喻，作者赫伯特曾提到，香料就是石油。而黄沙漫天的世界，大概也是从地球上的石油主产地——中东地区获得灵感。
　　也有较真的读者愿意探究这部太空歌剧背后的科学逻辑：像厄拉科斯这种虽然环境恶劣却还适合人类生存的星球，去哪找？
　　根据权威统计网站＂太阳系外行星百科＂数据，截至2021年12月2日，人类共发现4879个太阳系外的疑似行星。这个名单收录星体的质量上限是25倍木星质量，但由于现有技术条件下对远方天体的质量计算时误差很大，因此名单常有增减。
　　人类发现第一例太阳系外行星是在1992年。天文学家亚历山大·沃尔兹森和戴尔·弗莱宣布发现围绕脉冲星PSR B1257+12公转的行星。后来科学家进一步证实，总共有三颗行星围绕这颗脉冲星公转。但因为脉冲星的强烈辐射，一般认为生命难以在这些行星上生存。
　　1995年，天文学家米歇尔·麦耶和迪迪埃·奎洛兹公布了人类有史以来发现的第一颗环绕类太阳恒星运行的系外行星：他们通过法国南部上普罗旺斯天文台，观测恒星飞马座51的视向速度信号, 确认了在其周围存在一颗与木星质量相当的气态巨行星。2019年，这项工作荣获诺贝尔物理学奖。
　　人类迄今为止发现的4000多颗疑似系外行星，基本上可分为气态巨行星、冰巨星、类地行星(岩石行星)等类型。
　　类地行星，顾名思义就是类似地球、有固体表面的行星。人类发现的系外类地行星数量很少——但这并不意味着这类行星很罕见，而是由于气态巨行星较大而相对容易观测，相反类地行星不容易被探知。
　　即使找到系外类地行星，也未必适合人类生存。只有行星轨道处于＂宜居带＂内，才可能适合人类生存。
　　如何判断宜居带？温度是最主要标准。中国科学院国家天文台李然研究员向记者介绍，可根据各星系主星的恒星类型，通过距离计算划定出此星系存在液态水的轨道范围，这个范围就是宜居带。＂当然目前也有更多研究指出，主星的活动性、所处的星系环境等都是影响宜居带的参考因素。＂
　　科普作家、广州大学副教授郑李垚进一步解释，＂宜居带＂也称＂金凤花姑娘地带＂，来源于＂金凤花姑娘和三只小熊＂的童话故事。故事主人公喜欢不冷不热的粥、不软不硬的椅子等＂刚刚好＂的东西。正如同宜居带内的行星，表面既不太热也不太冷，适合生命生存。
　　＂水也是一个重要指标。＂郑李垚强调。
　　在沙丘世界里，沙漠星球表面的居民不得不穿着一种名叫＂蒸馏服＂的装束，以回收身体的水分。
　　按《沙丘百科全书》的设定，厄拉科斯和地球类似，都是星系中的第三颗行星。但第二颗和第四颗行星比它大得多，因此夹在其中的厄拉科斯受引力影响，轨道和自转速度都变动巨大，沙漠行星上一年的长度从295个标准日到595个标准日不等。
　　厄拉科斯曾有三颗天然卫星，其中一颗卫星已被一颗小行星或彗星撞碎，大部分碎片撞击到厄拉科斯表面，其余物质在行星周围形成了环形结构，进一步恶化了行星生态。
　　余下的两个月亮，科勒伦体积较大，轨道离厄拉科斯远些。阿尔文体积较小，也更近。《沙丘》电影中一个惊艳的画面是双月凌空，而远处的科勒伦看起来更为巨大，这意味着它的真实尺寸可能相当惊人，受主星与另一卫星阿尔文的引力扰动更强。而当三颗天体彼此靠近，引力作用使它们形成著名的＂三体＂情形。中国科学院国家天文台南美天文中心天体物理学专业学者刘丰源据此猜测，沙丘星球的双月凌空天象或许只能稳定很短的时间。沙漠行星上的居民，或许会目击＂天无二月＂，甚至因碰撞产生的碎片而再遭灭顶之灾。
　　三体运动很常见，三体星系不好找
　　混乱而命运莫测的厄拉科斯，很容易让人联想起另一部科幻小说《三体》。小说中，科幻作家刘慈欣以半人马αA星、半人马αB星和比邻星为原型，设计了一个由三颗恒星组成的混乱星系——三体人所在的行星，被三个＂太阳＂的引力交互作用，导致行星的轨道高度混沌：当行星被一个＂太阳＂捕获，并围绕其旋转时，三体人会暂时获得一段稳定的发展期，即＂恒纪元＂。当行星未能被一个＂太阳＂捕获，太阳升落毫无规律时，这段时期被称为＂乱纪元＂。
　　由于三个＂太阳＂运行无规律，当三体行星过于靠近＂太阳＂时，会因为温度过高而表面熔化；过于远离＂太阳＂时温度又会过低。甚至，在某些条件下，行星会因为引力的撕扯而解体，或是坠入某个＂太阳＂。
　　事实上，在天文学领域，所有星体的运动基本都离不开＂三体运动＂，这也是天体力学中的基本力学模型。
　　从事空间物理研究的加州大学洛杉矶分校李金星研究员举例说，地球、月亮和太阳也可看作三体运动。但因为质量悬殊，因而系统相对稳定。＂太阳系只有一颗恒星，太阳质量是地球月亮加起来的30万倍。就这个三体系统而言，太阳本身非常稳定。地球质量是月亮的80倍，所以地月日系统在短时间，比如几百万年内，也是相对稳定的。＂
　　＂反之，如果三体质量没那么悬殊，甚至在同一量级，就非常不稳定，要么相互捕获而撞毁，要么速度过高而逃逸。＂李金星说。
　　郑李垚也表示，在现实中，像《三体》小说中的三个＂太阳＂组成的星系，时间如果足够长，会把一个恒星＂甩出去＂，进而形成相对稳定的结构。
　　李然则援引《三体》小说参照的原型——半人马座α三星系统来阐释：由于半人马座αC星（俗称比邻星）质量太小，和A星、B星的距离也太远，不存在相互捕获的问题。＂半人马座α星本质上是A星和B星构成的稳定双星系统，加上一颗围绕它们公转的比邻星，是三体问题的特殊解。这样的系统也是可以较为稳定地存在很长时间。＂
　　被认为是类地行星的比邻星b表面假想图。天上的＂太阳＂是比邻星，两颗星星是半人马座αA、B星。这三颗恒星组成的三星系统，是科幻小说《三体》中三体人所在星系的原型。 图片：欧洲南方天文台
　　李然进一步说：＂虽然稳定的三体运动都是特殊的构型，但是因为宇宙的年龄很长，所以不稳定的早都散了。在宇宙里能够存在下来并为我们所观测到的，一般都是稳定构型。＂
　　系外行星不罕见，但是生命呢？
　　在现实中的三体星系，科学家也已经发现行星的存在。
　　2012年，欧洲天文学家在《自然》杂志上报告称，通过对欧洲南方天文台的HARPS光谱仪数据进行分析，发现了围绕半人马座αB恒星运行的＂一颗地球质量的行星＂。但这一发现在之后几年里被证伪。
　　几年后，2016年，同样从HARPS光谱仪的数据中，欧洲学者发现，距离人类最近的恒星、半人马座α三星系统中的比邻星星系里，存在行星。后续研究认为，这颗行星位于其恒星的宜居带内。
　　在距离太阳系最近的恒星系中发现行星，科学家认为这并不是巧合，而是意味着行星在这个宇宙中普遍存在。
　　受限于技术水平，想搜索遥远的行星，人类主要采用掩星法、径向速度法等间接探测方法。
　　其中，掩星法往往容易发现满足观测几何条件的短周期系外行星——其观测原理是当行星运行至恒星前方时，恒星的亮度会因行星遮掩而减弱，并且这种亮度减弱现象的出现是周期性的，由此便可探知恒星周围有行星存在。
　　近年来，美、欧相继开展了众多系外行星凌星观测，其中最为成功的是开普勒(Kepler)空间望远镜观测任务。目前，人类发现的4000多颗疑似系外行星中，大部分都是来源于开普勒望远镜的观测数据。
　　不过，根据掩星法发现的系外行星，由于原理限制，却是无法直接确认行星质量等重要特征。更多的数据，例如密度等，还需要依靠其他观测方法佐证。
　　随着观测数据的积累，天文学家对系外行星的规模也有了猜测：2013年，天文学家根据开普勒望远镜的探测结果，估算出银河系内每5颗类太阳恒星中就有一颗拥有处于宜居带的地球大小的行星。
　　如果把银河系的恒星总数估值为2000亿，那么仅仅在银河系内，围绕类太阳恒星且位于宜居带的类地行星就多达110亿颗。
　　在这个量级上，可能性实在太多：或许在宇宙的某个角落真的存在沙漠行星，或许某颗行星上正处于＂恒纪元＂和＂乱纪元＂交替……
　　有如此多的异星世界存在，人类离开地球，甚至离开太阳系生存繁衍，似乎多了些可能性。
　　但一个无法回避的问题是：如何去到异星？
　　在《沙丘》系列中，人类通过食用香料＂美琅脂＂获得预知未来和穿越宇宙的能力——这听起来太过神秘主义，现实中也找不到起码的科学依据。《三体》小说里星际旅行所需的曲率引擎，虽然听起来更＂科学＂，仍然是＂幻想＂大于＂科学＂。
　　作者刘慈欣在一次座谈中就曾经提到，《三体》小说中的技术路线虽然读起来很＂硬科幻＂，但只是＂文学手法＂；他本人也并不懂航天技术。
　　按照人类目前最快的航天器＂新视野号＂的峰值速度计算，从地球飞到比邻星需要1.4万年。而前往距离地球约1400光年、号称＂第二地球＂的开普勒-452b，需要花上2700万年。
　　郑李垚还提到一种可能——人类如果真的走出地球、走出太阳系，生活之处未必是其他行星，也可能直接以巨型飞船为家。就像刘慈欣小说《吞食者》中的恐龙文明那样，＂吃掉＂途经的行星，然后继续踏上前往下一个行星＂补给站＂的千万年航程。文明在飞船上世代繁衍，永远航行。
　　【记者】王诗堃
　　【策划】张志超 吕虹
　　【作者】 王诗堃；吕虹；张志超
　　科技能见度