戴森球？銀河系最神秘的星是外星人所為

一顆看似普通的恆星，但它亮度的下降、暴跌和變暗，使大部分解釋工作都歸於徒勞。

「古怪的峰——巨大的凌星。」

2010年，這些文字被發表到一個在線論壇上，使一顆怪異的恆星被「行星獵手」組織的關注，他們是一群通過NASA「開普勒」項目的數據聯合起來的公民科學家。

「開普勒」的視線

四年之中，NASA的「開普勒」探測器和它所監測的天鵝座右翼到天琴座之間的天區。

「開普勒」探測器在四年的首階段任務中對超過15萬顆恆星進行了持續的觀測，以搜尋凌星系外行星。與此同時，耶魯大學的一支團隊創建了「行星獵手」公民科學計劃，希望藉助人眼辨別出計算機錯失的細節信息。

他們的確成功了。一個名為「哥白尼123」的用戶首先注意到，「開普勒」項目所發現恆星KIC 8462852的星光有不尋常的亮度下降，並且在「行星獵手」的留言板上寫下了這條布告：「古怪的峰——巨大的凌星。」隨後，兩年過去了，這顆恆星再度變暗，但這次猛烈得多，五天之內亮度首先暴跌了15%，過了兩天又開始恢復，最後完全正常。這樣的變化在留言板上引起了如潮般的關註：「瘋狂啊！」「哇！」「SETI（地外文明探索）毫無疑問應當儘快關注它！」

KIC 8462852

KIC 8462852位於天鵝座翅膀外的一片繁密星場中。

在「開普勒」的首期任務結束前，這顆星已經變暗過10次，每次的光變強度都不等，在0.5%至20%之間。每次變暗持續數天至數星期，在此之後，其亮度又會完全恢復。

令人迷惑的是，每次光變曲線的下降都有不同的「形狀」，表明其亮度有不規則的變化。這些變化遠遠超出了行星所能導致的強度，無論是什麼導致了這些下降事件，它一定要比行星大得多。並且，每次事件之間的間隔也不是周期性的，而單個繞轉天體的凌星卻可以預測是周期性的。

凌星

凌星表示在遙遠天體上發生的遮掩現象，它的實質是一個行星（天體）經過時，擋住了另一個行星（天體），日食和月食就是一種凌星現象。

這顆恆星立即引起了人們的關注，不僅是天文學家，也包括普通公眾，尤其是當Jason Wright（美國賓州州立大學）等人發表了一篇論文，探究這顆恆星的怪異性質是否源於外星生命的潛在可能之後。

外星人製造的巨型天體

看似普通的恆星

對於這顆如今被稱為「Boyajian之星」或「Tabby之星」的天體，最奇怪的一個方面就是它看起來很平常。其光譜顯示，這是一顆普通的中年F型恆星，質量約為太陽的一倍半。光譜還顯示，這顆恆星沒有發生晃動，如果它擁有一顆質量較大的伴星在其周圍繞轉，例如黑洞或恆星，它就應當發生這樣的晃動。

事實上人們也發現過幾顆其它的恆星，亮度會像Tabby之星那樣不規則地下降，但是這些天體都是年輕恆星，周圍有塵埃盤，盤偶爾會經過地球和它們的視線方向。然而，Tabby之星的檔案數據，以及紅外與亞毫米波段的後續觀測，都證明它並沒有這樣一個大質量的盤。

年輕恆星周圍的塵埃盤

2016年1月，人們發現Tabby之星比料想的更為古怪。Bradley Schaefer（美國路易斯安那州立大學）發表證據說明這顆恆星在過去一個世紀里一直在變暗。

通過分析哈佛大學天文台的照相底片，Schaefer斷定，在1890年至1989年之間，它的視亮度下降了大約15%；通過分析「開普勒」任務的定標數據，則發現這顆恆星在4年內亮度猛降了3%；而更為極端的是，這一下降中的1/3是發生在短短六個月內。這四年的亮度變化的速率遠快於哈佛照相底片中看到的變化速率，「開普勒」觀測數據更是證明了Tabby之星的不規律性。

在「開普勒」項目的主任務階段內Tabby之星的亮度情況、四年中的變暗事件、以及一個世紀的衰減

因此，任何對於這顆恆星性質的解釋都必須不僅能說明由「開普勒」記錄的短期的、極端的亮度下降；也要能說明同樣四年時間內觀察到的較慢的變暗過程；並同時能說明這顆恆星在整個20世紀的長期的亮度衰減。

恆星內部

讓我們從一個光子被創造出的那一刻開始追蹤：恆星核心的氫聚變反應。一種流行解釋是Tabby之星長期變暗是恆星核心的氫濺出。我們預期在「開普勒」觀測的大量恆星中，至少有一顆正處於這個恆星演化特殊階段的恆星。

但是，Tabby之星並不能很好地符合觀測數據。一個光子要花費超過10萬年才能逃離恆星的核心，因此，即便核聚變突然完全終止，恆星開始收縮，恆星變暗幅度也不過1%，而且時間尺度是數十萬年。核聚變終止不能導致四年內4%的亮度下降，更不必說在1天內下降15%了。

磁力線的集中趨勢會在星體表面導致短時間出現暗斑。在太陽上，這種黑子非常小。從太陽活動的極小期到極大期，太陽亮度的變化幅度不到0.1%。但是在其它恆星上，黑子會更加巨大，其效應也更強烈。在「開普勒」的視場中，某些恆星的因為黑子隨星體自轉而進出我們的視線所導致的亮度變化可達5%。

巨型太陽黑子事件

2014年10月23日的巨型太陽黑子，它是目前這個太陽活動周期中最大的黑子，延展範圍達12.87萬公里。其它恆星上的黑子可能會更大，但是其尺寸依賴於恆星對流層的深度。

那麼，Tabby之星是否是一個恆星黑子的極端事例呢？也許不會。由於黑子形成的方式，類似於我們在太陽上觀測到的那些黑子要求恆星有一個近表面的對流層，在此層內，對流運動可以將恆星內部產生的能量搬運出來。質量較小的恆星有相對較厚的對流層，質量較大者的對流層則相對較薄。Tabby之星的質量為太陽的1.4倍，應當有一個相對較小的對流層，或者根本沒有。如果在那裡看到像太陽那麼大的黑子，我們都會非常驚異，更不必說能導致光變20%的巨大黑子了。

即便巨大的黑子是合理的，黑子傾向於非常緩慢地演化，花費幾個恆星自轉周期的時間成長，然後緩慢地衰減，於是我們就反反覆復看到了同樣的黑子。可是在Tabby之星上，每個亮度下降事件似乎都只發生一次。更有力的證據是，每個亮度下降持續的時間都比這顆恆星的自轉周期長許多，而黑子則應當隨著自轉移入和移出我們的視野。所以恆星黑子也不能導致我們所見的那種信號。

恆星周圍

當光子離開Tabby之星並前往「開普勒」和我們的所在地，它首先會遇到圍繞這顆恆星運行的物質。是否導致這顆恆星亮度下降的原因有可能並不在其內部，而是某些會偶爾穿過它與我們之間視線的物質？

恆星周圍如果有密近天體，就會變得很熱，並發出紅外輻射。然而，斯皮策紅外空間望遠鏡和其它空間望遠鏡都沒有探測到任何超出Tabby之星本身的額外紅外輻射。因此我們可以推知，假如這些物質存在，也不可能離這顆恆星非常接近。

根據亮度下降的持續時間，這些物質應當需要幾天的時間才能通過該恆星前方。由開普勒行星運動三定律，我們知道運行在較小軌道上的天體速度更快，因此它們也會更快速地對寄主恆星凌星。如果一個天體處在Tabby之星的圓形軌道上，它就必須至少處在日地距離的好幾倍之外，這樣才會形成一次持續好幾天的凌星現象。如果處在橢圓軌道上，這個天體就有可能處於比冥王星軌道更遠的位置上。在這樣的距離上，物質應當非常冷，因而有可能逃避紅外波段探測。

冥王星軌道以及它附近的柯伊伯小天體帶

如果這顆恆星系統內的天體符合我們對太陽系的認知，在這樣的距離上應有一大群我們稱之為柯伊伯帶的物質。很多其它恆星都已被發現具有類似柯伊伯帶的結構，其中一些被認為比我們太陽系的質量更大。

另一種可能是，一大群小行星對該恆星凌星。我們認為Tabby之星有可能處於類似我們太陽系的晚期重型轟炸事件的年齡，因而可以想像，也許有大量小天體正在這個年輕系統中四散飛奔。天文學家們已經建構了小行星或彗星集群對Tabby之星凌星的計算機模型，而且它們能夠很好地符合部分短期觀測數據。

近期，Brian Metzger（哥倫比亞大學）等人提出，為了解釋長時段的變暗事件，該理論應當需要增強。如果Tabby之星最近（過去10000年內）吞噬過一顆行星尺度的伴天體，它就會在我們不曾觀測過的一段時期內發生過增亮。我們觀測到的長時段變暗也許只是它在緩慢地恢復正常狀態。行星的碎片與氣體雲正在環繞這顆恆星，它們有可能導致那些時間較短的亮度下降。

紅巨星吞噬行星想像圖

質疑該理論合理性的一個說法是，我們應當能看到這些物質依然在發出紅外輻射。然而，我們迄今未能排除這種可能性。也許那裡只有剛好足夠導致亮度下降的物質，但不足以被紅外望遠鏡探測到。

一些天文學家正在考慮比這個黑箱更遠的區域，他們提出，這些圍繞該恆星的物質可能有一種不太自然的來源：這些亮度下降也許意味著存在外星文明製造的巨大構造，或許是一個用於收集恆星能量的戴森球。可想而知，這種理論獲得了媒體的熱切關注。讓我們用考察其它理論的相同方式來考慮一下它。

戴森球 / Dyson Sphere

是弗里曼·戴森假想出的包圍母恆星的巨大球形結構，它可以捕獲大部分或者全部的恆星能量輸出。戴森認為戴森球是長期生存技術文明對於能量需求增長的必然需求，並認為尋找其存在的證據可以引導發現的先進和智慧的外星生命。自從該概念提出以後，諸多科幻作品裡提出的包圍恆星的人工建築都被冠以「戴森球」之名。後續的設想認為戴森球上不僅有太陽能電站，還有人類殖民地和工業基地存在。

一個外星文明的巨型構造可以很容易地解釋觀測數據，因為科學家們可以調整這個構造的模型來貼合觀測數據。但這種想法有一個問題：關於外星文明的巨型構造看起來「應當」呈什麼模樣，並沒有觀測數據。可是這個構造似乎出現了，儘管很難想像，一個離恆星如此近的巨型構造是如何避免過熱並在紅外波段發出明亮輻射的。

太空深處

離開恆星周圍的系統後，光子將遭遇到星際物質。雖然太空非常接近於真空，但Tabby之星的光譜顯示：在它和我們之間存在兩個星際氣體雲，以及在這片空間中存在塵埃，約有1/4的星光未能抵達太陽系。

在太空中，星際塵埃和氣體並不是平滑分布的，也許小團的塵埃物質正沿著我們的視線運動，不時地阻擋來自Tabby之星的光。它的長時段變暗也許是由於額外的星際物質在緩慢運動，時而進入我們的視線，散射開越來越多的光子。

星際塵埃

有證據表明，在每個可測量尺度上，都存在星際塵埃和氣體的結構。這幅圖像以蛇夫座中的蛇星雲（Barnard 72）為中心，顯示出了緊密聚集的塵埃和氣體，它們阻擋了來自背景恆星的光芒。該星雲的跨徑約為數光年。為了解釋Tabby之星的亮度變化，聚集的範圍應當更低得多，不到1光年的萬分之一。

這些短期變暗的時標似乎有一定含義：根據物質在銀河系盤中的運動速度，我們可以預期，延展範圍小於1個天文單位的星際物質團塊才能夠以一種奇怪的方式，對這顆恆星導致持續數日的凌星事件。這種模型預測亮度下降沒有周期性，也沒有一致的降幅，正如觀測所見。

目前，星際塵埃雲是最符合觀測數據的合理推論，但也有其缺陷。例如，我們可以預期在其它恆星上，尤其是那些距離很遠的恆星上，也會顯示出類似的亮度下降。然而所有其它有柯伊伯帶的恆星中，無一顯示出類似的變化。而幾天時間內減少20%的星光，這要求相當密集的物質團塊；它有可能存在，但我們並不知道任何這種團塊的信息。就像以往理論的例子一樣，沒有足夠的信息，我們不能確認或排除它；我們只能說，它是合理的，也符合觀測。

進入太陽系

經過1300年的星際空間之旅，我們的光子終於來到了太陽系的外邊緣。如果它穿過了一個物質雲而來到這裡，而這個雲也許產生於彗星之間近期的碰撞，情況又會如何呢？

彗星碰撞

無論是在Tabby之星系統還是我們的太陽系（可能性較低）中，彗星或小行星都會互相撞擊，從而產生阻礙星光的碎片雲——這是關於Tabby之星怪異性質的一種可能解釋

這個有趣的想法並不很符合觀測數據，其可能性也不像其它理論那樣大。Tabby之星在偏離黃道面上方很遠的位置閃耀，而行星和大部分彗星都處於黃道面附近，而且我們沒有證據可以表明，有彗星在太陽系外圍遠離黃道面的位置相撞而形成雲團。

得益於「開普勒」探測器的軌道運動，任何近距天體相較於遙遠的恆星，都顯得運行得很快，因此，如果要阻擋住來自Tabby之星的光芒長達一年之久，這種天體必須非常巨大（延展尺度達1光年以上）。任何這樣的天體都應當會影響到其它「開普勒」恆星，但是它並沒有，這就使得這種理論的可能性不大。

最後光子落到「開普勒」探測器的CCD元件上，抵達了旅途的終點時，已經花費了逾10萬年時間，通過激發一個電子，向我們顯示出自己的存在。從穿過了Tabby之星的內部，繼而在星際空間中旅行了1300年時間。這會帶給我們什麼樣的結論呢？最有可能的理論似乎是，一團星際間或恆星周圍的物質雲穿過了Tabby之星和地球之間。

實驗開始

星際物質穿過Tabby之星和地球之間是我們最感興趣的理論，它既能很自然地解釋短期亮度下降，也能很自然地解釋長期變暗。它也做出了可檢驗的預言。首先，這顆恆星的整體亮度還將繼續發生變化。

但是，星際物質並非唯一可行的解釋。目前，我們在解釋長期變暗時還不能排除圍繞Tabby之星的物質雲，或者排除恆星在近期吞噬過行星。在這些情況下，我們可以預期，短期亮度下降最終將顯露出一定的周期性特徵，而且，與星際物質理論相仿，它們應當在不同波段看起來不一樣。

還有一個正被考慮的理論，對於它，我們無法簡單地用「很可能」或「不可能」來描述：外星文明的巨型構造。對它的真正檢驗可歸結為，它能做出哪些其它理論無法給出的預言。

戴森球想像

如果我們真的是在觀察一個巨型構造的轉動，那麼可以預期，這顆恆星的亮度下降將會在每個波段都顯得一樣，這有別於恆星周圍的或星際間的塵埃所導致的亮度下降。因為巨大的、堅固的構造將會阻擋住恆星的全部光子。對於通過恆星光譜發現的星際構造，其形狀和強度則不會有什麼改變。

如果在這片天區探測到無線電信號、激光脈衝或其它的外星文明信號，都可以支持存在地外文明巨型構造的理論。但迄今為止，SETI的科學家還未曾發現任何跡象。

一些團體，包括美國變星觀測者協會的成員們，正在利用Las Cumbres天文台的全球望遠鏡網路等設備進行觀測，他們正在耐心地關注和等待可能到來或不會到來的下一次亮度下降。天文學家們也在利用光譜觀測手段監測星際吸收特徵的形態和強度，尋找可能暴露出小塊緻密星際物質存在的變化。「蓋亞」計劃在未來將發布的數據，不僅可改進我們對這顆恆星距離的估計，也能改進對於橫亘在我們與這顆恆星之間的阻光星際物質數量的測量。除此以外，「凌星系外行星巡天衛星」（TESS）也將在大片天區中搜尋凌星行星，從很多方面看，它都是「開普勒」的繼承者。

或許幾年之內，我們就可以理解究竟是什麼導致了這顆恆星的性質如此有別於太陽系。

KIC 8462852想像

文：CNA 中國國家天文（chineseastronomy）

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