家門口的三體系統

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家門口的三體系統

比鄰星是距離太陽最近的恆星。它沿著一個橢圓的軌道，圍繞半人馬座α星A/B公轉，周期約是547 000年。它與半人馬座α星A/B之間的距離在4000-13000天文單位（AE）之間，在天空中的角距離大約在0.7-2.2°之間變化。

長久以來我們只能根據跡象推測，距離我們最近的恆星，比鄰星（半人馬座α星C）和半人馬座α星A/B，是通過引力相互連結的。現在科學家們給出了確定的證據：比鄰星圍繞半人馬座α星A/B運動，其公轉周期約為55萬年。

簡報—關於比鄰星和半人馬座α星A/B

雙星半人馬座α星A/B和比鄰星租場一個三體系統。它們在65億年前誕生，略微比太陽系早一些。現在半人馬座α星A和B之間的角距離大約是7角秒，比鄰星距離它們大約是2度，13000天文單位（AE），距離我們比半人馬座α星A/B近7800 AE。

比鄰星和半人馬座α星A/B屬於一個整體。來自巴黎狄德羅大學的科學家Pierre Kervella，根據他發表在學術期刊《天文和天體物理》上的新計算，得出了這個結論。距離我們最近的恆星——比鄰星，是被半人馬座α星A/B組成雙星系統的引力所牽引，因而組成了一個不一樣的三體系統。半人馬座α星A/B距離我們只有4.37光年，所以或多或少的與我們的太陽相似。半人馬座α星A發出黃光，半人馬座α星B發出橙色的光。而在我們的肉眼看來，它們是夜空中第三亮的一顆星星（南門二）。半人馬座α星A與B的互相繞行周期約是80年。

半人馬座α星A/B（南門二）是全天第三亮星。在這張由哈勃空間望遠鏡搭載的Planetary Camera 2相機拍攝的圖像中，可以看到半人馬座α星A和B之間大約有17角秒的距離。肉眼看上去它們就是一顆-2.7星等的亮星。現在，2017年，它們之間只有6角秒的距離。比鄰星被雙星系統的引力連結，在這個圖片範圍更遠的地方。它們一同組成了一個三體系統。

比鄰星：被發現的102年

比鄰星只有木星的1.5倍大小，而且肉眼是不可見的。它的光度只有太陽的0.2倍。所以這並不令人驚奇：即使比鄰星距離我們只有4.24光年，直到1915年它才被人們發現。

在20世紀初比鄰星發現後，天文學家們就注意到了，比鄰星在雙星系統的附近，並且它還向著雙星系統運行。這純屬巧合嗎？可能性很小。因此這個雙星系統實際上是一個系統的一部分。但一直以來都只是一個推斷的結論，缺少確定的證據。

自從幾個月前發現比鄰星擁有一個在宜居帶內的行星，解釋這個問題就變得迫切了。行星的表面有可能存在液態的水。除此之外有一個重大的計劃，讓「我們」先到比鄰星那裡去看看。突破攝星項目（Breakthrough Initiatives Starshot）計劃製造一個20%光速的納米宇宙探測器，讓它橫貫宇宙前往比鄰星。該項目與歐洲南方天文台合作，而且還會動用他們的甚大望遠鏡，用於半人馬座α雙星系統中行星的探測。

突破攝星計劃，目標是研發小質量，高速的宇宙飛行器。計劃由激光推進飛行器，以20%光速的速度大約20年的時間前往半人馬座α星。

但是前往這樣一個雙星或三星的系統旅行？人們發現，即使它們距離我們很近，但這卻意外的困難。最主要的是，比鄰星只有11的視星等，十分的暗弱。天文學家們需要高精確度的數據，比如說比鄰星的徑向速度，相對於我們如何運行。徑向速度能幫助我們計算出光譜的多普勒效應。而在多普勒效應的幫助下，天文學家們能夠追蹤系外行星。

精確的徑向速度

為了確定徑向速度，Pierre Kervalla和他的同事們使用了歐洲南方天文台在智利阿他加馬沙漠，用於尋找系外行星，並在此領域有出色觀測能力的3,6米口徑望遠鏡和HARPS攝譜儀的數據。有了這些數據，研究者們首次精確的確定的比鄰星的徑向速度：-21,7km/s（負號表示它在現在正在向著我們運動）。半人馬座α星A/B的徑向速度是-22.39km/s。從這兩個數據可以推出它們之間的相對運動情況。

此外還需要注意干擾源的存在，恆星譜線的移動：一方面，是被稱作對流藍移的效應。這是由於在恆星表面的星際物質對流產生的。當恆星內部的高溫物質增多，它會大面積的吸收下沉的較冷的物質，使其自身的譜線向藍端移動。一顆恆星越大，溫度越高，這種效應就會越強，越容易被注意到。因此這個效應在半人馬座α星A/B上一直能被注意到，而卻忽略了比鄰星。另一方面，重力紅移效應也起著作用，恆星的光線由於自身的重力而紅移。算上這兩種效應，比鄰星至少有504m/s的速度。

三顆恆星事實上是互相連結的，因為它們之間的相對速度沒有超過已知的極限值。系統運動具備的能量大於由於重力形成的勢能。在現有的情況下這個極限值大概是545m/s。比鄰星和半人馬座α星A/B現在正以293m/s的速度互相遠離。

圖表展示了比鄰星繞半人馬座α星A/B的三維運行軌跡（藍色），水平的是銀河系平面，另外兩個平面垂直於銀河系平面。虛線的軌跡是平面上的投影。現在比鄰星以-21.7km/s的速度向我們靠近。

Kervalla和他的同事們同樣能確定比鄰星的運行周期。比鄰星沿著一個橢圓的軌道，圍繞半人馬座α星A/B雙星的周期約是547 000年，它們之間最近能達到5270天文單位（AE）。而現在比鄰星正在半人馬座α星A/B的最遠點附近，大約是12900 AE。

除此之外，這些恆星大約都在60億年前誕生，在組成上幾乎無異。它們組成同一性的證明有可能可以幫助我們更清楚的了解比鄰星的系外行星的誕生和成長：至少，能給出行星表面是否有液態水存在的可能。

作者：弗朗西斯科·康尼澤（Franziska Konitzer）

文章來源： 2017.04

翻譯（德文）：系外行星地瓜君

校對：牛廷林

編排：邱煜欣 | 配樂：解仁江

責任編輯：解仁江

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