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作者:本刊記者 王玲 來源: 發布時間:2012-10-15 14:26:11
行星毀滅之謎
 
一陣劇烈的震動襲來,奧蘭德星球上的居民發出恐懼的哭喊,瞬間又陷入死寂,一切灰飛煙滅。
 
膾炙人口的科幻電影《星球大戰》中,擁有強大的渦輪激光陣與牽引光束發射器的死星(Death Star)發出的超級激光瞄準和平的奧蘭德星,行星和上面的居民成了死星軌道上的灰塵與碎片。
 
雖然科幻小說只是作者的想象,但地球上的人們從未停止追問我們自身所居住行星的命運。6500萬年前小行星撞擊地球導致了統治地球的恐龍滅絕。未來地球是否會遭遇更大的行星撞擊而毀滅,或者被太陽所吞噬?天文學家也在試圖尋找答案。
 
飛蛾撲火
 
借助天文望遠鏡,美國賓夕法尼亞州立大學天文學和天體物理學教授Alex Wolszczan領導的團隊在不久前第一次發現了一顆行星被一顆編號為BD+48 740暮年恒星吞噬的證據。
 
這顆直徑是太陽直徑11倍的恒星已經度過了青年期,演變成暮年的“紅巨星”,光譜分析揭示這顆紅巨星鋰元素含量異常地高,“而鋰是140億年前大爆炸產生的一種稀有元素,在恒星中很容易被破壞,而這顆古老的恒星鋰的豐度如此之高是極不尋常的。”研究人員表示。
 
Wolszczan解釋,理論學家已經確定,除了大爆炸,只有幾種特殊的情況下,才可能在恒星上產生鋰,“對于BD+48 740來說,鋰的產生很可能是由一顆質量較大的行星旋進恒星,恒星在邊吞噬,邊加熱它而引發的”。
 
此外,紅巨星周圍還有一顆質量至少是木星1.6倍的大質量行星在高橢圓軌道上運行,“我們發現這顆行星繞恒星旋轉。它的運行軌道在最窄點僅比火星行星的軌道稍大一些,但是在最遠點運行軌道要拉長得多,”Wolszczan說,“這樣的軌道在進化了的恒星周圍的行星體系中是罕見的。事實上,BD+48 740行星的軌道是目前人類探測到的最大橢圓。”因為這種特有的軌道是由行星之間的引力相互作用造成的,天文學家懷疑在恒星變成巨星之前,正有消失的行星向恒星撞擊,可能給幸存的巨大行星一股能量,像一個回力棒一樣投進一個偏心軌道。
 
神秘的相撞
 
像Alex Wolszczan一樣研究行星毀滅的科學家并不在少數。
 
2009年8月27日出版的《自然》雜志上,英國Keele大學天體物理學教授Coel Hellier領導的研究小組,發現在銀河系附近距離地球325光年的鳳凰座有一顆怪異而熾熱的巨大行星。
 
這顆編號為WASP-18b的行星體積大概是木星的10倍,溫度在3800攝氏度左右,距離所繞恒星WASP-18b卻只有190萬英里,由于這種行星和木星具有相似的性質,但距離恒星更近,表面溫度很高,因此被稱為“熱木星”(Hot Jupiter)。
 
就像月球可影響地球上的海洋進而形成潮汐,WASP-18b在圍繞恒星旋轉的同時引發了恒星上的等離子潮,強度是月球對地球影響的數千倍。“能量巨大的等離子潮則扭曲了行星WASP-18b的運行軌道,使其最終以螺旋方式撞向恒星,結束自己的一生。”研究人員這樣預測它的命運,“這顆行星就像在跳著‘死亡探戈’。”
 
實際上,在上個世紀80年代,天文學家就開始用計算機模擬“恒星與行星融合”。隨著天文學望遠鏡的快速發展,科學家也開始從光譜中尋找行星碰撞恒星的蛛絲馬跡,“比如一些小行星落入白矮星這樣的碰撞事件。”Stuart Taylor說,他是美國喬治亞州立大學天文學系研究員,研究方向正是行星毀滅。
 
“行星毀滅算是天文學一個比較新的方向,”Taylor解釋,“相比發現系外行星、星際旅行等更吸引眼球的天文學話題,行星毀滅被人了解的并不多。”
 
Taylor也是偶然跨入了這一領域,他原來的研究方向是系外行星,后來又到一個研究天文“短時事件”(如超新星爆發)的小組。和以往大部分研究不變的天文現象不同,天文短時事件研究的是發生變化的對象,除了超新星爆發、新星、活躍星系核心以外,這個小組還關注其他的短時事件。
 
“2009年了解了關于行星遷移方面的研究后,我意識到太陽系最耀眼的天文學現象應該是行星與恒星碰撞,因此開始研究行星毀滅。”Taylor說,“盡管宇宙有很多短時事件發生,但行星恒星碰撞融合無疑是行星系統上演的最具爆炸性的現象。”
 
未解之謎
 
天文學家在研究系外行星的同時,并沒有忘記我們所居住的地球和其所在的太陽系。對于普通人來說,最感興趣的莫過于我們的太陽系過去有沒有經歷過行星與恒星的碰撞,以后我們的地球會不會遭此“厄運”?
 
對于這個問題,Taylor給出了答案:“我認為太陽系之前沒有發生過行星與恒星碰撞并被吞噬的事件,因為在太陽系內部不太可能有一顆行星與太陽足夠近而融入太陽,只有一些運行周期特別短的行星,比如‘熱木星’才有這種可能。”
 
一旦行星離它圍繞的恒星足夠近,恒星的引力超過行星自身的引力后,行星上的物質將被恒星吸引,進而流向恒星,引起行星毀滅。
 
不過他也補充到,另外一種引起行星與恒星相撞的例外情況是兩顆行星先發生碰撞,隨后其中一顆被彈射到直接“奔向”恒星的軌道,“但我自己還沒有進行過這樣的研究”。
 
目前的研究已經發現的行星毀滅證據都發生在其圍繞恒星老化的階段,而且科學家相信很多已知的行星體系都將終結于行星-恒星碰撞融合過程。
 
“行星遷移最終導致其與母恒星融合應該是太陽系演化的常規過程,對于系內行星的排列、數目以及恒星本身都會產生影響。” Taylor預言天文學家會很快觀察到一些內行星的運行周期縮短,表明它們正向“淪陷”的方向挺進。
 
NASA哥達德空間飛行中心的John Debes也表示,四五十億年后當太陽的燃料耗盡,它將變成一顆紅巨星,吞噬掉太陽系包括地球在內的內行星,隨后形成行星狀星云和白矮星。
 
“當太陽變成了一個紅色巨星,并且不斷擴展,經過50億年后延伸到我們地球軌道,一個類似的命運可能在等待我們太陽系內的行星。”Wolszczan表示。
 
然而發現自殺行星是一件非常不尋常的事情。基于這一點,也有科學家對于目前發現的現象是否存在另一種解釋持保留態度。他們認為,這些光譜數據可能是一顆自殺行星所產生的,但同時也存在另外一種可能性,即所有天文學家依靠的一些基本物理計算可能是完全錯誤的。
 
如果行星繼續上演“死亡螺旋”,或許我們將在10年內得到確切答案。■
 
《科學新聞》 (科學新聞2012年第10期 科學傳播)
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