第十一章扑朔迷离的复仇星之谜   在天文学上,一般把围绕一个公共重心互相作环绕运动的两颗恒星称为物理双星;把看起来靠得很近,而实际上相距很远、互为独立(不作互相绕转运动)的两颗恒星称为光学双星。光学双星没有什么研究意义,而物理双星是唯一能直接求得质量的恒星,是恒星世界中很普遍的现象。   一般认为,双星和聚星(三至十多颗恒星组成的恒星系统)占恒星总数的一半多。太阳作为一颗比较典型的恒星,它是否也有自己的伴侣——伴星呢?或者说,它是否也属于一种比较特殊的物理双星呢?近几年来,这是科学家非常关心的问题,这个问题是由地球上物种绝灭问题提起来的。   随着现代考古学的进展和放射性同位素测定年代的技术应用于考古学,人们发现在过去的6亿年中,地球上至少发生过5次大的和几次小的生物绝灭。譬如,其中主要的有5亿年前的寒武纪绝灭,导致三叶虫类从地球上消失;2.48亿年前二叠纪发生的一场最大的生物绝灭,约有90%以上的海洋生物绝种;大约在6500万年前的白垩纪,地球上的庞然大物恐龙以及70%的动植物种绝灭了。   引起这种大规模物种灭绝的原因是什么呢?有些科学家指出,这是由于地壳板块的漂移,形成大地震和造山运动,新的大陆和海洋出现,引起生物环境的变迁,物种因此而发生大规模灭绝。这个理论的问题在于大陆板块漂移是较慢的,而且是不间断的,为什么物种大规模灭绝带有突发性,好像是“一下子”就被毁灭了呢?1977年,美国地理学家阿瓦兹与他的父亲——诺贝尔物理学奖获得者刘易斯,提出了恐龙灭绝与白垩纪末期的陨石雨有关的假说,其中提到可能有一颗小行星碰撞地球导致恐龙灭绝。   1984年,美国的两位古生物学者,对地球上物种灭绝情况作了统计分析研究,结果发现在过去的2.5亿年中,生物灭绝似乎有一定的规律:约每隔2600万年出现一次灭绝高峰期。如此准确的周期性意味着什么呢?人们根据古生物学者推算出的生物灾难期,对地面大陨石坑的形成年代进行了考察,发现在生物灾难期间形成的陨石坑比其他年份多得多。有的天文学家认为,这可能是由于彗星周期性地轰击地球而引起的。因为在银河系平面中,宇宙尘埃比较密集,当太阳带领太阳系全体成员经过此平面时,宇宙尘埃就会扰动彗星云,引起彗星轰击地球,导致生物的大规模灭绝。   因此对于大多数天文学家而言,有过太阳具有伴星这样的想法是一件非常自然的事情。当人们发现天王星和海王星的运行轨道与理论计算值不符合时,曾设想在外层空间可能另有一个天体的引力在干扰天王星和海王星的运动。这个天体可能是一颗未知的大行星,也可能是太阳系的另一颗恒星——太阳伴星。   为了解释美国那两位古生物学家的发现,1984年,美国物理学家穆勒和他的同事共同提出了太阳存在着一颗伴星的假说。与此同时,另外的两位天体物理学者维特密利和杰克逊也独立地提出了几乎完全相同的假说。   穆勒在和他的同事们讨论生物周期性灭绝的问题时说:“银河系中一半以上的恒星都属于双星系统。如果太阳也属于双星,那么我们就可以很容易解决这个问题了。我们可以说,由于太阳伴星的轨道周期性地和小行星带相交,引起流星雨袭击地球。”他的同事哈特灵机一动,说:“为什么太阳不能是双星呢?同时,假设太阳的伴星轨道与彗星云相交岂不是更合理一些?”于是,他们在当天就写出了论文的草稿。他们用希腊神话中“复仇女神”的名字,把这颗推想出来的太阳伴星称为“复仇星”。   前面所提到的彗星云一般称为“奥尔特云”,它是以荷兰天文学家奥尔特的名字命名的绕日运行的一团太阳系碎片,奥尔特曾认为它距离太阳15万天文单位(日地平均距离),可能是一个“彗星储库”,其中至少有1000亿颗彗星。由于太阳伴星在彗星云附近经过,使彗星运动轨道发生变化,因此引起彗星撞向地球,结果引起了生存条件的变化。穆勒说,这种彗星雨可能持续100万年。这一观点与某些古生物学家设想物种灭绝并不是那么突如其来的意见是一致的。   人们考虑到,如果太阳有伴星的话,在几千年中似乎却没有人发现过,想必它是既遥远又暗淡的天体,而且体积不大。这是很有可能的情况,因为在1982~1983年,天文学家利用红外干涉测量法,测知离太阳最近的几颗恒星都有小伴星,这种小伴星的质量仅相当于太阳质量的1/15~1/10。此外,在某些双星中,确实还有比这更小的伴星存在着。   自从太阳伴星——“复仇星”的假说公诸报端,科学家们开展了认真热烈的讨论。人们根据开普勒定律推算,若其轨道周期为2600万年,那么轨道的半长轴应该是地球轨道半长轴的88000倍,约1.4光年,即太阳伴星距太阳比任何已知恒星要近得多。   1985年,美国学者德尔斯莫在假设“复仇星”确实存在的前提下,用一种新方法算出了这颗星的轨道。他首先对最近2000万年左右脱离奥尔特云的那些彗星进行统计、调查,对126颗这样的彗星及其运动作了统计研究,断言他的统计可靠性达95%。他确定,大多数这类彗星都作反方向运动,即几乎与太阳系所有行星运动的方向相反。根据这些彗星的冲力方向算出,在不到2000万年以前,奥尔特云从某一其他天体接受到一种引力冲量。他认为,这是由一个以0.2或0.3千米/秒速度缓慢运行的天体引起的,“复仇星是一种令人满意的解释”。   德尔斯莫根据动力学算出,“复仇星”的轨道应该与黄道几乎垂直,它目前应该接近其远日点(距太阳最远的点),而它的方向应该是离开黄极5°左右。   美国学者托贝特等计算了“复仇星”可能的轨道因星系“潮汐”——即太阳系以外的物质引力影响而产生的轨道变化。考虑到这颗星可以运行到离太阳很远的地方,很容易受到别的天体引力的影响。托贝特说,即使它原先的轨道很稳定,也不可能在从太阳系存在以来的46亿年中,轨道一直保持不变。许多研究者同意这样的看法:这颗轨道周期为2600万年的伴星的预期寿命至多为10亿年。这就意味着,它可能是在太阳形成之后很久才被太阳“俘获”的,或者就像有的科学家指出的那样:在“复仇星”刚形成时,它和太阳之间的联系要比现在紧密,其周期约为100万~500万年,后来由于其他天体的引力“牵引”而外移到现在的轨道,这种外移最终会导致它脱离太阳的引力影响。   为了寻找“复仇星”,穆勒等人用大型天文望远镜拍摄了大约5000张北半球暗星的照片。他计划每隔一段时期拍摄一次,再比较一下哪些暗星存在较大的“自行”,它们就是“复仇星”的候选者了。如果他们在北半球找不出这样的星体,他们还将探查南半球天空。一般认为,太阳伴星应属于一种较小的恒星——红矮星。可是,目前人们还没有南半球天空的红矮星表,观测上的困难是很多的。穆勒说:“如果他们找到了一颗近似的星体,接下来事情就好办了。”一旦从大海里捞出了这枚针,要证明这确实是那枚针就不难了。   针对太阳系的现状,有一些天文学者认为,太阳伴星由于某种原因未能形成,而形成了八大行星及其卫星、小行星和彗星,等等。美国天体物理学家韦米尔和梅梯斯的研究认为,尚未发现的太阳第九颗大行星(经常写为X行星)可能是引起周期性彗星雨——生物大规模灭绝的原因。   韦米尔他们是在把前人两个设想合并到一起后,创立这种新颖的解释的。这两个设想是:在海王星轨道之外存在着X行星,以及认为在海王星之外的太阳系平面中可能有一个彗星盘或彗星带。在他们设计的一个模型中,X行星周期性地从上述彗星带近旁穿过,破坏彗星轨道,使大量彗星冲向太阳系内部。韦米尔说,这个理论的优点之一是X行星的轨道距离太阳要比“复仇星”近得多,因而将十分稳定。X行星轨道平面与太阳系平面成45°倾角,设想它每1000年沿轨道运行一周。但是它也会受到其他行星引力的牵引而引起轨道变迁,每隔2600万年,当其运行到接近上述彗星带时,就会触发一场彗星雨。   美国科学家海尔斯综合了不规则地通过“复仇星”轨道的恒星的各种作用,估计出“复仇星”在过去的2.5亿年中,其轨道周期的变化应为15%。鉴于此,人们认为,不管是哪种情况,在“复仇星”可能的轨道上,所有的扰动都意味着天文钟的调谐并不那么精确,而如果这颗太阳伴星确实存在的话,人们不应该期望它触发彗星雨和引起大规模物种灭绝的周期十分精确。遗憾的是,至今缺乏更好的地质资料,尤其是陨石坑方面的资料。地球上的证据的不确定因素太大,以至于无法准确地说出“复仇星”天文钟的周期性能精确到什么程度。   总而言之,根据科学家们的研究推测,太阳很可能存在或有过伴星,但是要找到它、证实它,确实是一件困难的事,人们期望着科学家们早日解开这个宇宙之谜。

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