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小編的世界 優質文選 宇宙

太陽系是雙星系統?如果有另一顆恒星,出現後地球會變成什麼樣?


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2023年11月06日 -
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太陽是一顆恒星,地球、火星等八大行星繞著其運動。宇宙中還有很多恒星是結伴的,兩顆恒星在各自的軌道上繞著共同的質心轉動,這樣的天體系統叫做雙星系統。若是三顆恒星繞在了一起,這樣的系統就是三星系統。太陽系這樣的只有一顆恒星的系統叫做單星系統。通過觀察可知,銀河系中雙星及多星的數量可能比單星的還要多。夜空中最亮的恒星天狼星就是處在雙星系統中,它的旁邊還有一顆已經變成白矮星的暗星,暗星距離天狼星大約20個天文單位。距離地球最近的恒星比鄰星是和另外兩顆恒星一起處在一個三星系統中。

曾經有人為了解釋地球上的生物出現過幾次大滅絕,提出了太陽也是處在雙星系統中的假說。該假說認為太陽的伴星距離太陽數萬個天文單位,並且比較暗,故不容易觀察到。當它經過奧爾特雲時會乾擾眾多彗星的運動,使得大量彗星湧入太陽系,彗星撞擊到地球導致了一次次的生物大滅絕。在天文觀測越來越精確的今天,這種說法依然找不到天文觀測方面的證據支持,該說法已沒有市場。

假設有一天太陽和一顆流浪恒星結為雙星,會發生什麼樣的變化?一個很大的變化就是太陽系中的八大行星及矮行星、小行星帶中的小行星等的軌道會變得難尋規律。像木星、天王星這樣的氣體巨星、冰巨星在一次次靠近恒星的過程中會被吹掉包裹自己的厚厚氣體、液體,地球的大氣層也會被破壞,強輻射、磁場變化嚴重影響著地球上的生命。

一個雙星系統再加上一顆行星就構成了三體問題。三體是有名的難題,其背後的運動學方程是有九個方程的微分方程組,這樣的方程組解不出精確解。下圖為三體系圖中兩顆恒星及一顆行星的運動軌跡,其中綠色的為行星的軌跡。從中可以出軌跡幾乎是無規律可循,而且到恒星的距離也是有遠有近。如果地球的軌道是這樣的,地球上的生命就要滅絕了。當然地球也有可能被甩出去或者墜入其中一顆恒星。天狼星的附近至今沒有發現行星,很可能就是由三體系統的不穩定造成的。

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在個別的雙星系統中也能夠找到行星,這樣的雙星系統往往是兩顆恒星靠得非常近,同時行星距離恒星又比較遠。這時候可以簡單地理解為兩顆恒星的質量都集中在它們的質心上,行星就是繞著兩顆恒星的質心在轉動。假設地球也能夠繞著這樣的雙星轉動,還要涉及到到恒星距離的變化、太陽風、磁場的變化等等,即使地球沒有被毀滅,其中任何一項的大變化都有可能是地球上生命的滅頂之災。

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