□ 文 柯文采（Thijs Kouwenhoven） / 翻譯 程思淼

HIP85605
——一顆朝太陽(yáng)系沖過(guò)來(lái)的恒星?

□ 文 柯文采（Thijs Kouwenhoven） / 翻譯 程思淼

柯文采（Thijs Kouwenhoven）北京大學(xué)科維理天文與天體物理研究所（KIAA）百人計(jì)劃學(xué)者。

上個(gè)月你也許注意到了一條新聞：一顆名叫HIP85605的恒星正在沖向我們太陽(yáng)系的路上。它向我們飛馳而來(lái)的速度，差不多達(dá)到每秒21千米。不過(guò)不必?fù)?dān)心，它現(xiàn)在離我們還很遠(yuǎn)，而且，它將在離我們至少8200倍日地距離的地方擦肩而過(guò)。太陽(yáng)系中行星的軌道不會(huì)發(fā)生改變，就好像什么也沒(méi)發(fā)生過(guò)一樣。但是，奧爾特云當(dāng)中為數(shù)眾多的彗星將會(huì)感受到HIP85605的到來(lái)。它們的軌道將會(huì)發(fā)生改變，其中的一些可能會(huì)走向一條最終與地球相撞的道路。

太陽(yáng)系尺度壓縮圖（距離為對(duì)數(shù)坐標(biāo)）。我們的太陽(yáng)系非常大，最遠(yuǎn)的行星約在40天文單位遠(yuǎn)處，冥王星與它眾多伙伴所在的柯伊伯帶（Kuiper Belt）位于約100天文單位處。由于沒(méi)有恒星從離太陽(yáng)系特別近的地方經(jīng)過(guò)，行星和柯伊伯帶天體的軌道都不會(huì)受到影響。奧爾特云中的彗星處在太陽(yáng)系的邊緣，距離太陽(yáng)遠(yuǎn)達(dá)大約50000天文單位。這些彗星無(wú)疑將會(huì)受到從附近經(jīng)過(guò)的恒星的引力影響。這些從附近經(jīng)過(guò)的恒星可能會(huì)把彗星拋出太陽(yáng)系，或者將它們送到太陽(yáng)系的內(nèi)層，在這里它們可能會(huì)與行星發(fā)生碰撞。（圖片來(lái)源：NASA）

1950年，荷蘭天文學(xué)家伊安?奧爾特（Jan Oort）發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)系中彗星的來(lái)源。他發(fā)現(xiàn)它們來(lái)自離太陽(yáng)相當(dāng)遠(yuǎn)、并且包圍著太陽(yáng)系的一個(gè)巨大的彗星庫(kù)，今天我們稱之為奧爾特云。大多數(shù)彗星都會(huì)在生命的大部分時(shí)候安穩(wěn)地待在奧爾特云里，但不時(shí)會(huì)有一個(gè)跑到內(nèi)太陽(yáng)系里來(lái)，這時(shí)候地球上的天文學(xué)家就能夠觀測(cè)到它。伊安?奧爾特發(fā)表他的結(jié)果后不久，天文學(xué)家開(kāi)始關(guān)心彗星為何會(huì)改變它的軌道。很快人們找到了一個(gè)可行的解釋：這可能是由一顆鄰近恒星的引力造成的——它們能夠?qū)﹀缧堑能壍涝斐蓴z動(dòng)。那么接下來(lái)的問(wèn)題就是，大約多久會(huì)出現(xiàn)一次恒星離太陽(yáng)系足夠近，以至于能夠攝動(dòng)彗星軌道的情況？

圖中給出了在不遠(yuǎn)的過(guò)去和將來(lái)距我們最近的恒星。暗淡的矮星比鄰星是目前離太陽(yáng)最近的恒星，只有4.2光年遠(yuǎn)。它屬于一個(gè)三合星系統(tǒng)，繞南門(mén)二甲與南門(mén)二乙（Alpha Centauri A / Alpha Centauri B）組成的雙星系統(tǒng)公轉(zhuǎn)，周期幾乎有50萬(wàn)年。南門(mén)二的三合星系統(tǒng)正在接近我們，在25000年之后將行至不到3光年遠(yuǎn)的最近距離處。不過(guò)要攝動(dòng)奧爾特云中（圖中灰色的陰影區(qū)域）的彗星軌道，這還是太遠(yuǎn)了。緊隨其后，暗淡的矮星Ross 248和Gliese 445將很快成為離我們最近的恒星。這兩顆星的速度很快，因此也將很快離開(kāi)，而后南門(mén)二將重新成為最近的恒星。恒星HIP85605在此圖中并未出現(xiàn)，因?yàn)樗鼘⒃诟弥?，大約240000到470000年之后接近我們的太陽(yáng)系。（圖片來(lái)源：Wikipedia）

我們還可以再進(jìn)一步思考：如果太陽(yáng)系與另一顆恒星走得再近一些，那么，太陽(yáng)系中行星的軌道也將會(huì)受到影響。既然現(xiàn)在太陽(yáng)系中各行星的軌道都幾乎是完美的圓形，而且還都幾乎處在同一平面內(nèi)，也就說(shuō)明這種“走得更近”的情況目前為止還沒(méi)有發(fā)生過(guò)。而另一方面，了解一下在不遠(yuǎn)的將來(lái)是否會(huì)發(fā)生這樣的事，將是很有趣的。

在過(guò)去的幾十年里，天文學(xué)家試圖找出那些遠(yuǎn)離我們和徑直朝我們飛來(lái)的恒星。幸好，它們當(dāng)中沒(méi)有一顆能夠飛到足以影響行星軌道那樣近的距離。不過(guò)，其中的一些將能夠?qū)W爾特云中彗星的軌道產(chǎn)生干擾。

我們的太陽(yáng)系在銀河系的星海中穿行。銀河系中有超過(guò)一千億顆恒星，但由于它的直徑有幾萬(wàn)光年，大多數(shù)恒星之間一般都能夠保持足夠的距離。不過(guò)，銀河系的年齡已有上百億歲，在這一時(shí)間尺度上看，其他恒星與太陽(yáng)系的“親近”在過(guò)去時(shí)有發(fā)生，在未來(lái)也將繼續(xù)發(fā)生下去。

為了找出過(guò)去和未來(lái)最有可能的“親近者”，就必須測(cè)定太陽(yáng)附近恒星的各種信息。我們夜晚能夠看到的恒星都是離我們相對(duì)比較近的。不過(guò)，也有很多離我們非常近的恒星，我們卻并不能用肉眼看到它們。最著名的例子是半人馬座的比鄰星。它是目前離太陽(yáng)最近的恒星，但是必須要用望遠(yuǎn)鏡才能看到。

找出了附近的全部恒星，接著就需要測(cè)量它們的距離、方位和速度。有了這些信息，就能重建它們?cè)谶^(guò)去的位置，也能預(yù)測(cè)它們?cè)谖磥?lái)的位置。把這些數(shù)據(jù)與太陽(yáng)系自身的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行比較（由于恒星間的引力作用，恒星的運(yùn)動(dòng)并不是簡(jiǎn)單地沿著一條直線，因此必須以銀河系為參照系，此時(shí)太陽(yáng)也是在引力的作用下作變速運(yùn)動(dòng)的），就能夠知道哪些恒星過(guò)去曾走到太陽(yáng)系的附近，哪些將在未來(lái)接近我們。

最近，《天文學(xué)與天體物理學(xué)》（Astronomy and Astrophysics）期刊上發(fā)表了拜拉-瓊斯的一篇文章就是對(duì)此進(jìn)行了分析研究（Bailer-Jones，2014）。這篇文章提供了恒星HIP85605正在飛向我們太陽(yáng)系的新證據(jù)。HIP85605是一顆橙黃色的矮星，距離太陽(yáng)約16光年。它位于武仙座，赤經(jīng)17時(shí)29分36秒，赤緯+24度39分14秒。由于視星等只有11等，我們并不能用肉眼直接看到。HIP85605目前正以約21千米/秒的速度向我們的太陽(yáng)系飛來(lái)。拜拉-瓊斯的文章指出，盡管對(duì)于位置和速度的測(cè)定仍有一定不確定度，但是HIP85605有90%的可能性會(huì)從太陽(yáng)系的邊界擦過(guò)。雖然這并不會(huì)影響到行星的軌道，但將對(duì)奧爾特云中很多彗星的軌道產(chǎn)生擾動(dòng)。一些彗星將被拋進(jìn)深空去，一些將追隨HIP85605，還有一些將飛入太陽(yáng)系的內(nèi)部空間，并且有可能撞到地球。

恒星的視向速度可通過(guò)研究光譜獲得。由于多普勒效應(yīng)，恒星在飛向我們的時(shí)候看上去會(huì)有輕微變藍(lán)，而在遠(yuǎn)離我們的時(shí)候會(huì)有輕微變紅。由于恒星的光譜中有很多清晰的暗線（看上去就像商品上的條形碼），通過(guò)觀察這些暗線的移動(dòng)，我們就可以很精確地測(cè)得視向速度。

對(duì)于絕大部分太陽(yáng)附近的恒星，其他的信息（方位、距離和自行）都是由依巴谷天文衛(wèi)星（Hipparcos）測(cè)得。這是由歐洲空間局（ESA）在十多年之前運(yùn)作的一個(gè)項(xiàng)目。依巴谷衛(wèi)星在幾年里精確地測(cè)量恒星在天空中的位置（方位）。通過(guò)比較不同時(shí)間恒星的方位，就能夠得到它在天空中移動(dòng)的角速度（自行）。而通過(guò)“三角視差法”，則能夠得到恒星的距離。三角視差法的原理與人腦估計(jì)物體遠(yuǎn)近的原理相似。如果先閉上一只眼睛用另一只眼睛看，然后再左右眼交換，你就會(huì)注意到，遠(yuǎn)處的東西用兩只眼看都是在同一位置，而近處的東西相對(duì)背景的位置，則會(huì)因用眼的不同而有所不同。這個(gè)原理也被用在天文學(xué)上：比如在夏天和冬天（地球正好公轉(zhuǎn)半圈到對(duì)面）分別觀測(cè)同一天區(qū)，則離我們較近的恒星看上去就會(huì)相對(duì)背景有所移動(dòng)。這一微小的錯(cuò)位稱為“視差”，可用于計(jì)算恒星的距離。

依巴谷衛(wèi)星非常精確地提供了附近數(shù)百萬(wàn)顆恒星的距離、方位和自行的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可用于重建恒星在過(guò)去的運(yùn)動(dòng)，以及預(yù)測(cè)它們未來(lái)的軌跡。不過(guò)只有這些數(shù)據(jù)還不夠，要利用計(jì)算機(jī)的模擬精確計(jì)算恒星的運(yùn)動(dòng)，還需要考慮銀河系中各顆恒星之間的引力。（圖片來(lái)源：ESA）

依巴谷衛(wèi)星的一個(gè)主要任務(wù)就是精確測(cè)量太陽(yáng)附近數(shù)百萬(wàn)顆恒星到我們的距離。它使用的是三角視差法：由于地球繞太陽(yáng)運(yùn)行，隨著地球位置的移動(dòng)，我們附近的恒星相對(duì)天空背景的位置也會(huì)隨之發(fā)生輕微的變化。恒星離我們?cè)浇?，這一效應(yīng)就越明顯，因此可用于測(cè)量它們的距離。另外，天空中的恒星都在以不同的速度運(yùn)動(dòng)著，因此隨著時(shí)間的推移，我們能夠看到它們?cè)谔炜罩械姆轿话l(fā)生變化。依巴谷衛(wèi)星在數(shù)年之中反復(fù)測(cè)量每一顆恒星的位置，并通過(guò)這一位置的變化計(jì)算出恒星的速度。

將觀測(cè)的數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)模擬相結(jié)合，拜拉-瓊斯研究了我們附近的恒星在4000萬(wàn)年中（從2000萬(wàn)年前到2000萬(wàn)年后）的運(yùn)動(dòng)情況。在這段時(shí)間內(nèi)，共有40顆恒星與太陽(yáng)系接近，足以影響太陽(yáng)系中彗星的軌道。好在，其中沒(méi)有一顆與太陽(yáng)接近到足以影響到行星的程度。

在網(wǎng)上或雜志上閱讀科學(xué)文章時(shí)，你必須時(shí)刻注意一點(diǎn)：所有的測(cè)量數(shù)據(jù)都不是絕對(duì)準(zhǔn)確的，它們總有一個(gè)不確定度。比如你稱了自己的體重，體重秤上顯示為70.2千克。這只是一個(gè)約數(shù)：你的體重可能是70.198千克，也可能是70.211千克。體重秤不夠精確，但正如通常的情況一樣，這并不要緊。不過(guò)在HIP85605的例子里，這個(gè)小小的不準(zhǔn)確就很要緊了：恒星速度極其微小的偏差，將導(dǎo)致240000年后恒星位置極大的不同，正所謂“失之毫厘，謬以千里”。因此，HIP85605是否真的會(huì)和我們的太陽(yáng)系相接近，這要看依巴谷衛(wèi)星的數(shù)據(jù)有多準(zhǔn)確。遇到這種情況，天文學(xué)家通常會(huì)使用一種稱作“蒙特?卡羅方法”（Monte Carlo Method）的統(tǒng)計(jì)模擬方法：在對(duì)HIP85605的研究當(dāng)中，研究者模擬了這顆星在（不確定度之內(nèi)）各種不同速度下的運(yùn)動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)有超過(guò)90%的情況恒星最終會(huì)與太陽(yáng)非常接近（相距0.13~0.65光年），另外10%的情況是兩者的最近距離超過(guò)0.65光年。也就是說(shuō)，在有更精確的觀測(cè)之前，我們尚不知道HIP85605究竟會(huì)以何種方式接近。而更精確的觀測(cè)有望在幾年后到來(lái)——現(xiàn)在，蓋亞衛(wèi)星（GAIA）正在進(jìn)行她那比“依巴谷”精度高得多的巡天工作。

與其他恒星過(guò)近的接觸會(huì)在三個(gè)方面對(duì)太陽(yáng)系造成危險(xiǎn)。首先，如前所述，恒星的引力會(huì)改變奧爾特云中彗星的軌道，將彗星送到內(nèi)行星（包括地球）附近來(lái)。第二，如果一顆大質(zhì)量恒星離太陽(yáng)系過(guò)近，它強(qiáng)烈的紫外輻射將會(huì)摧毀地球大氣的臭氧層。第三，若一顆恒星在太陽(yáng)附近發(fā)生超新星爆發(fā)，將會(huì)給地球上的生命帶來(lái)災(zāi)難性的后果。

蓋亞衛(wèi)星（GAIA）于2013年由歐洲空間局（ESA）發(fā)射升空，目前正在測(cè)量超過(guò)十億顆恒星（大約是銀河系恒星總數(shù)的1%）的距離、方位和速度。它的觀測(cè)將比依巴谷衛(wèi)星精確得多，能夠幫助我們更好地預(yù)測(cè)HIP85605（以及其他附近恒星）將會(huì)如何接近太陽(yáng)。

網(wǎng)上的新聞報(bào)道常常會(huì)有些夸張。左圖是在一篇大字標(biāo)明有關(guān)HIP85605的新聞中附帶的圖片。報(bào)道的作者顯然不是一位天文學(xué)家，可能只是隨手從網(wǎng)上找了這張圖片。雖然在非常密集的星團(tuán)中恒星相撞的事件時(shí)有發(fā)生，但在其他地方，可以說(shuō)這種事情幾乎從來(lái)沒(méi)發(fā)生過(guò)。HIP85605在相距最近的時(shí)候可能離我們會(huì)有約8400天文單位（地球到太陽(yáng)的平均距離為1天文單位）。作為比較，太陽(yáng)的半徑只有0.005天文單位，只是8400天文單位的百萬(wàn)分之一。左圖所繪的情景是極不現(xiàn)實(shí)的——至少對(duì)HIP85605來(lái)說(shuō)是如此。（圖片來(lái)源：Dana Berry, SkyWorks Digital, Inc.）

不過(guò)在太陽(yáng)附近，幾乎所有的恒星都是又老又暗，有大質(zhì)量恒星從附近經(jīng)過(guò)（或者超新星在附近爆發(fā)）的可能性可以忽略。因此，上述第二和第三種情形我們都不必?fù)?dān)心。有趣的是，對(duì)落到地球上的隕石的成分分析顯示，當(dāng)我們的太陽(yáng)系還十分年輕（甚至地球還未誕生）的時(shí)候，太陽(yáng)附近曾經(jīng)有過(guò)一次超新星爆發(fā)。不過(guò)，自從地球誕生以來(lái)，這種事情似乎還沒(méi)有發(fā)生過(guò)。

如果一顆鄰近的恒星對(duì)奧爾特云中的彗星軌道產(chǎn)生攝動(dòng)，地球并不會(huì)立刻受到彗星雨的襲擊。多數(shù)情況下，這些彗星將會(huì)墜向太陽(yáng)或者木星，因?yàn)樗鼈兪翘?yáng)系中最大的引力源。通常需要經(jīng)過(guò)數(shù)百萬(wàn)年，這些彗星才會(huì)開(kāi)始襲擊地球和其他的行星。彗星和地球相撞幾乎一定會(huì)導(dǎo)致大規(guī)模的物種滅絕，有可能會(huì)將人類從地球上抹去，就像6500萬(wàn)年前的彗星撞擊終結(jié)了恐龍的時(shí)代。一些天文學(xué)家懷疑，在7000~6500萬(wàn)年前另一顆恒星曾從太陽(yáng)系旁邊經(jīng)過(guò)，正是它觸發(fā)了大規(guī)模涌向內(nèi)太陽(yáng)系的彗星雨，并最終導(dǎo)致了恐龍的滅絕。對(duì)此，觀測(cè)證據(jù)相當(dāng)有限，因?yàn)槿魏我活w這樣久之前飛過(guò)太陽(yáng)的恒星，現(xiàn)在距我們可能都有數(shù)百光年遠(yuǎn)，早就淹沒(méi)在成百上千顆星的茫茫星海當(dāng)中了。