HIP85605——一颗朝太阳系冲过来的恒星?

□ 文 柯文采（Thijs Kouwenhoven） / 翻译 程思淼

HIP85605
——一颗朝太阳系冲过来的恒星?

□ 文 柯文采（Thijs Kouwenhoven） / 翻译 程思淼

柯文采（Thijs Kouwenhoven）北京大学科维理天文与天体物理研究所（KIAA）百人计划学者。

上个月你也许注意到了一条新闻：一颗名叫HIP85605的恒星正在冲向我们太阳系的路上。它向我们飞驰而来的速度，差不多达到每秒21千米。不过不必担心，它现在离我们还很远，而且，它将在离我们至少8200倍日地距离的地方擦肩而过。太阳系中行星的轨道不会发生改变，就好像什么也没发生过一样。但是，奥尔特云当中为数众多的彗星将会感受到HIP85605的到来。它们的轨道将会发生改变，其中的一些可能会走向一条最终与地球相撞的道路。

太阳系尺度压缩图（距离为对数坐标）。我们的太阳系非常大，最远的行星约在40天文单位远处，冥王星与它众多伙伴所在的柯伊伯带（Kuiper Belt）位于约100天文单位处。由于没有恒星从离太阳系特别近的地方经过，行星和柯伊伯带天体的轨道都不会受到影响。奥尔特云中的彗星处在太阳系的边缘，距离太阳远达大约50000天文单位。这些彗星无疑将会受到从附近经过的恒星的引力影响。这些从附近经过的恒星可能会把彗星抛出太阳系，或者将它们送到太阳系的内层，在这里它们可能会与行星发生碰撞。（图片来源：NASA）

1950年，荷兰天文学家伊安•奥尔特（Jan Oort）发现了太阳系中彗星的来源。他发现它们来自离太阳相当远、并且包围着太阳系的一个巨大的彗星库，今天我们称之为奥尔特云。大多数彗星都会在生命的大部分时候安稳地待在奥尔特云里，但不时会有一个跑到内太阳系里来，这时候地球上的天文学家就能够观测到它。伊安•奥尔特发表他的结果后不久，天文学家开始关心彗星为何会改变它的轨道。很快人们找到了一个可行的解释：这可能是由一颗邻近恒星的引力造成的——它们能够对彗星的轨道造成摄动。那么接下来的问题就是，大约多久会出现一次恒星离太阳系足够近，以至于能够摄动彗星轨道的情况？

图中给出了在不远的过去和将来距我们最近的恒星。暗淡的矮星比邻星是目前离太阳最近的恒星，只有4.2光年远。它属于一个三合星系统，绕南门二甲与南门二乙（Alpha Centauri A / Alpha Centauri B）组成的双星系统公转，周期几乎有50万年。南门二的三合星系统正在接近我们，在25000年之后将行至不到3光年远的最近距离处。不过要摄动奥尔特云中（图中灰色的阴影区域）的彗星轨道，这还是太远了。紧随其后，暗淡的矮星Ross 248和Gliese 445将很快成为离我们最近的恒星。这两颗星的速度很快，因此也将很快离开，而后南门二将重新成为最近的恒星。恒星HIP85605在此图中并未出现，因为它将在更久之后，大约240000到470000年之后接近我们的太阳系。（图片来源：Wikipedia）

我们还可以再进一步思考：如果太阳系与另一颗恒星走得再近一些，那么，太阳系中行星的轨道也将会受到影响。既然现在太阳系中各行星的轨道都几乎是完美的圆形，而且还都几乎处在同一平面内，也就说明这种“走得更近”的情况目前为止还没有发生过。而另一方面，了解一下在不远的将来是否会发生这样的事，将是很有趣的。

在过去的几十年里，天文学家试图找出那些远离我们和径直朝我们飞来的恒星。幸好，它们当中没有一颗能够飞到足以影响行星轨道那样近的距离。不过，其中的一些将能够对奥尔特云中彗星的轨道产生干扰。

我们的太阳系在银河系的星海中穿行。银河系中有超过一千亿颗恒星，但由于它的直径有几万光年，大多数恒星之间一般都能够保持足够的距离。不过，银河系的年龄已有上百亿岁，在这一时间尺度上看，其他恒星与太阳系的“亲近”在过去时有发生，在未来也将继续发生下去。

为了找出过去和未来最有可能的“亲近者”，就必须测定太阳附近恒星的各种信息。我们夜晚能够看到的恒星都是离我们相对比较近的。不过，也有很多离我们非常近的恒星，我们却并不能用肉眼看到它们。最著名的例子是半人马座的比邻星。它是目前离太阳最近的恒星，但是必须要用望远镜才能看到。

找出了附近的全部恒星，接着就需要测量它们的距离、方位和速度。有了这些信息，就能重建它们在过去的位置，也能预测它们在未来的位置。把这些数据与太阳系自身的运动进行比较（由于恒星间的引力作用，恒星的运动并不是简单地沿着一条直线，因此必须以银河系为参照系，此时太阳也是在引力的作用下作变速运动的），就能够知道哪些恒星过去曾走到太阳系的附近，哪些将在未来接近我们。

最近，《天文学与天体物理学》（Astronomy and Astrophysics）期刊上发表了拜拉-琼斯的一篇文章就是对此进行了分析研究（Bailer-Jones，2014）。这篇文章提供了恒星HIP85605正在飞向我们太阳系的新证据。HIP85605是一颗橙黄色的矮星，距离太阳约16光年。它位于武仙座，赤经17时29分36秒，赤纬+24度39分14秒。由于视星等只有11等，我们并不能用肉眼直接看到。HIP85605目前正以约21千米/秒的速度向我们的太阳系飞来。拜拉-琼斯的文章指出，尽管对于位置和速度的测定仍有一定不确定度，但是HIP85605有90%的可能性会从太阳系的边界擦过。虽然这并不会影响到行星的轨道，但将对奥尔特云中很多彗星的轨道产生扰动。一些彗星将被抛进深空去，一些将追随HIP85605，还有一些将飞入太阳系的内部空间，并且有可能撞到地球。

恒星的视向速度可通过研究光谱获得。由于多普勒效应，恒星在飞向我们的时候看上去会有轻微变蓝，而在远离我们的时候会有轻微变红。由于恒星的光谱中有很多清晰的暗线（看上去就像商品上的条形码），通过观察这些暗线的移动，我们就可以很精确地测得视向速度。

对于绝大部分太阳附近的恒星，其他的信息（方位、距离和自行）都是由依巴谷天文卫星（Hipparcos）测得。这是由欧洲空间局（ESA）在十多年之前运作的一个项目。依巴谷卫星在几年里精确地测量恒星在天空中的位置（方位）。通过比较不同时间恒星的方位，就能够得到它在天空中移动的角速度（自行）。而通过“三角视差法”，则能够得到恒星的距离。三角视差法的原理与人脑估计物体远近的原理相似。如果先闭上一只眼睛用另一只眼睛看，然后再左右眼交换，你就会注意到，远处的东西用两只眼看都是在同一位置，而近处的东西相对背景的位置，则会因用眼的不同而有所不同。这个原理也被用在天文学上：比如在夏天和冬天（地球正好公转半圈到对面）分别观测同一天区，则离我们较近的恒星看上去就会相对背景有所移动。这一微小的错位称为“视差”，可用于计算恒星的距离。

依巴谷卫星非常精确地提供了附近数百万颗恒星的距离、方位和自行的数据。这些数据可用于重建恒星在过去的运动，以及预测它们未来的轨迹。不过只有这些数据还不够，要利用计算机的模拟精确计算恒星的运动，还需要考虑银河系中各颗恒星之间的引力。（图片来源：ESA）

依巴谷卫星的一个主要任务就是精确测量太阳附近数百万颗恒星到我们的距离。它使用的是三角视差法：由于地球绕太阳运行，随着地球位置的移动，我们附近的恒星相对天空背景的位置也会随之发生轻微的变化。恒星离我们越近，这一效应就越明显，因此可用于测量它们的距离。另外，天空中的恒星都在以不同的速度运动着，因此随着时间的推移，我们能够看到它们在天空中的方位发生变化。依巴谷卫星在数年之中反复测量每一颗恒星的位置，并通过这一位置的变化计算出恒星的速度。

将观测的数据与计算机模拟相结合，拜拉-琼斯研究了我们附近的恒星在4000万年中（从2000万年前到2000万年后）的运动情况。在这段时间内，共有40颗恒星与太阳系接近，足以影响太阳系中彗星的轨道。好在，其中没有一颗与太阳接近到足以影响到行星的程度。

在网上或杂志上阅读科学文章时，你必须时刻注意一点：所有的测量数据都不是绝对准确的，它们总有一个不确定度。比如你称了自己的体重，体重秤上显示为70.2千克。这只是一个约数：你的体重可能是70.198千克，也可能是70.211千克。体重秤不够精确，但正如通常的情况一样，这并不要紧。不过在HIP85605的例子里，这个小小的不准确就很要紧了：恒星速度极其微小的偏差，将导致240000年后恒星位置极大的不同，正所谓“失之毫厘，谬以千里”。因此，HIP85605是否真的会和我们的太阳系相接近，这要看依巴谷卫星的数据有多准确。遇到这种情况，天文学家通常会使用一种称作“蒙特•卡罗方法”（Monte Carlo Method）的统计模拟方法：在对HIP85605的研究当中，研究者模拟了这颗星在（不确定度之内）各种不同速度下的运动情况，发现有超过90%的情况恒星最终会与太阳非常接近（相距0.13~0.65光年），另外10%的情况是两者的最近距离超过0.65光年。也就是说，在有更精确的观测之前，我们尚不知道HIP85605究竟会以何种方式接近。而更精确的观测有望在几年后到来——现在，盖亚卫星（GAIA）正在进行她那比“依巴谷”精度高得多的巡天工作。

与其他恒星过近的接触会在三个方面对太阳系造成危险。首先，如前所述，恒星的引力会改变奥尔特云中彗星的轨道，将彗星送到内行星（包括地球）附近来。第二，如果一颗大质量恒星离太阳系过近，它强烈的紫外辐射将会摧毁地球大气的臭氧层。第三，若一颗恒星在太阳附近发生超新星爆发，将会给地球上的生命带来灾难性的后果。

盖亚卫星（GAIA）于2013年由欧洲空间局（ESA）发射升空，目前正在测量超过十亿颗恒星（大约是银河系恒星总数的1%）的距离、方位和速度。它的观测将比依巴谷卫星精确得多，能够帮助我们更好地预测HIP85605（以及其他附近恒星）将会如何接近太阳。

网上的新闻报道常常会有些夸张。左图是在一篇大字标明有关HIP85605的新闻中附带的图片。报道的作者显然不是一位天文学家，可能只是随手从网上找了这张图片。虽然在非常密集的星团中恒星相撞的事件时有发生，但在其他地方，可以说这种事情几乎从来没发生过。HIP85605在相距最近的时候可能离我们会有约8400天文单位（地球到太阳的平均距离为1天文单位）。作为比较，太阳的半径只有0.005天文单位，只是8400天文单位的百万分之一。左图所绘的情景是极不现实的——至少对HIP85605来说是如此。（图片来源：Dana Berry, SkyWorks Digital, Inc.）

不过在太阳附近，几乎所有的恒星都是又老又暗，有大质量恒星从附近经过（或者超新星在附近爆发）的可能性可以忽略。因此，上述第二和第三种情形我们都不必担心。有趣的是，对落到地球上的陨石的成分分析显示，当我们的太阳系还十分年轻（甚至地球还未诞生）的时候，太阳附近曾经有过一次超新星爆发。不过，自从地球诞生以来，这种事情似乎还没有发生过。

如果一颗邻近的恒星对奥尔特云中的彗星轨道产生摄动，地球并不会立刻受到彗星雨的袭击。多数情况下，这些彗星将会坠向太阳或者木星，因为它们是太阳系中最大的引力源。通常需要经过数百万年，这些彗星才会开始袭击地球和其他的行星。彗星和地球相撞几乎一定会导致大规模的物种灭绝，有可能会将人类从地球上抹去，就像6500万年前的彗星撞击终结了恐龙的时代。一些天文学家怀疑，在7000~6500万年前另一颗恒星曾从太阳系旁边经过，正是它触发了大规模涌向内太阳系的彗星雨，并最终导致了恐龙的灭绝。对此，观测证据相当有限，因为任何一颗这样久之前飞过太阳的恒星，现在距我们可能都有数百光年远，早就淹没在成百上千颗星的茫茫星海当中了。