“小破球”要前往的星系到底有多热闹？

冰美式

“你们人类连半人马座α星都没去过？也太差劲了吧，它离你们只有四光年唉！”

——《银河系漫游指南》

2023年春节档，《流浪地球2》迎来票房与口碑双丰收。“小破球”排除万难也要前往的半人马座α星系，也引起了科幻迷津津乐道的讨论。不只是大刘笔下带着家园逃难的地球人觊觎这座星系，在《三体》《阿凡达》《变形金刚》《迷失太空》《神秘博士》等科幻作品里，人们对它也情有独钟。在浩瀚无垠的银河系中，为何偏偏是半人马座α星拥有如此大的魅力？今天我们就通过不同作品的视角，为大家展现这个星系的奇妙之处。

半人马座α 三体星系概念图

首先，半人马座α星最大的魅力，是距离。没错，作为离我们最近的星系，它最容易被人类观测和研究。相较于其他动辄成千上万光年遥不可及的星系，这位邻居，以人类文明的蜉蝣之命，踮踮脚尖似乎也能触摸到。距离带来的魅力，使人们在其身上施加的诸多幻想，都能更加有理有据，科幻作家的发挥也更加轻车熟路。也就4.22光年的距离，《三体》中的叶文洁对着它发个信息，不到九年就收到了回复。

根据天球坐标系①的命名规则，不同星系投影在以地球为中心的球面上，按它们所在的星座方位归类，再根据亮度从高到低排序，以α、β、γ依次命名。从名字我们就可以确定，半人马座α星系不是夜空中最亮的星，但一定是半人马座方位上“最亮的仔”。

半人马座α星是一座由三颗恒星构成的三星系统，根据人们发现它们的先后顺序，分别命名为半人马座α星A、半人马座α星B、半人马座α星C。《三体》中三体人的家园就在这里。而这颗C星就是我们熟知的比邻星，也就是《流浪地球》的目的地。

等等，不是说三体运动是不可解的混沌系统吗？地球要是流浪到这里，遭遇乱纪元怎么办？事实上，由于比邻星的质量远小于A、B两星，距离又足够远，它与A、B两颗星之间的物理联系比较简单。A、B两星互相绕转，比邻星在0.21光年外绕着它们的共同质心旋转，轨道周期长达54.7万年。人们在研究这个星系时，通常把它简化为双星系统。

双星系统

比邻星是一颗被归类为红矮星的恒星，相较于太阳这样的黄矮星，它的寿命长得多。因为比邻星体积小、质量小，核聚变反应缓慢且温和，所以不会像太阳一样在五十亿年后膨胀为红巨星，并在最终的爆炸中坍缩成白矮星。这就好比爆燃的火药和慢热的炭火。即使太阳迎来寿终正寝，那时候的比邻星也能稳定地发光发热。所以人类文明想要在太阳死亡前逃离，比邻星看似是一个不错的选择。

然而现实却给人类泼了一盆冷水，比邻星的轨道或许并不适合地球定居。这就要引入“宜居带”的概念。宜居带指的是在一颗恒星周围的一定距离范围，落在这个范围的行星上才能够有条件保持液态水。距离恒星太近，水会蒸发为气态，太远则会冻结成冰。如果没有适合的温度、大气，生命之源也将不复存在，更不用说孕育生命了。

宜居带

偏偏比邻星释放的热量远低于太阳，其表面温度只有太阳的一半，这就使得它的宜居带非常近，近到地球在这个距离会导致潮汐锁定①，也就是说地球在围绕它旋转时，永远一面向着比邻星、一面背对着它。过近的距离也会导致向阳的一面承受巨量的恒星风。没有足以抵御恒星风的磁场，地球表面的大气很容易被吹散。即使能保住大气层，时不时挨一个贴脸耀斑爆发，地球文明就得“删号重练”。

恒星风

截至目前，人类已经在绕比邻星的轨道上发现了三颗行星，最新的一颗行星在2022年2月份才被科学家发现（该颗行星是否存在仍待证实）。要知道，系外行星的探索远比恒星困难得多，行星自身并不发光，质量又远小于恒星，不管是光学探测还是引力探测都很难发现。也因此，即使银河系拥有的恒星以千亿计，每颗恒星周围可能都有行星环绕，被人类所证实的太阳系外行星也只有五千多颗。人类孜孜不倦地探索，保不准哪一天我们就能在某个恒星周围发现一颗像《阿凡达》那样的宜居行星呢。

2009年，詹姆斯·卡梅隆的科幻电影《阿凡达》上映，由此引发了电影界的3D浪潮，《阿凡达2》也在一片期待中在2022年迎来热映。

《阿凡达》虚构了一颗名叫“潘多拉”的美轮美奂的星球。这是一颗围绕着气态巨行星“波吕斐摩斯”旋转的卫星，而“波吕斐摩斯”的恒星是半人马座α星B。也就是说，电影故事发生的舞台，相当于是在“月亮”上。

从潘多拉星球上观看波吕斐摩斯

波吕斐摩斯是希腊神话中的独眼巨人，这颗巨大而璀璨的蓝色星球是木星的两倍。同木星上的大红斑一样，波吕斐摩斯也拥有一个巨大的蓝色气旋，就像巨人的眼睛一样注视着潘多拉星球上的生灵。宇宙中的这类气态巨行星也被称为类木行星。

《流浪地球》中，木星表面的氢气和地球表面的氧气在结合

虽然被称为“气态”巨行星，但并不是说它们完全由气体构成，它们也有一颗固态内核，只是由于大气浓厚，无法界定其固态表面在哪里。通常来说，它们的气态表面主要成分是氢，其次是氦。在《流浪地球》中，木星表面的氢气和地球表面的氧气结合后，被刘培强用空间站点燃，地球得以逃过一劫。而在《阿凡达》中，往返于潘多拉星球和空间站的太空飞船，动力来源就是波吕斐摩斯表面的氢。

气态巨行星的卫星上存在生命是一个非常靠谱的幻想。人类在宇宙探索中优先考虑登陆的星球是月球和火星，其次就是木卫二、木卫四以及土卫六。

《阿凡达》中人类乘坐的飞船，背景是潘多拉星球和波吕斐摩斯星，其次就是木卫二、木卫四以及土卫六。

木星的四颗最明显的卫星在1610年就被伽利略用自制望远镜发现，现代的科学家则发现，这四颗卫星都拥有大气层，并且木卫二和木卫四极有可能存在液态水。而土卫六泰坦，则是除月球外人类已知的最有名的卫星，漫威电影中灭霸的老家就在这里。因为它拥有太阳系所有卫星中最浓厚的大气，且土星磁场的保护使得它免遭太阳风的侵袭。越是稳定的环境孕育生命的可能性就越高，土卫六也因此颇受科幻作品偏爱。

如果在波吕斐摩斯的磁场保护范围内，有这样一颗大气充足、气候宜人、存在液态水的卫星，那么在这颗星球上，诞生出如此美丽动人的生态系统，也就合情合理、顺风顺水了。

在妇孺皆知的大IP《变形金刚》的设定中，汽车人和霸天虎的老家“赛博坦”，就是一颗位于半人马座α星中的全部由金属构成的行星。因为母星资源的衰竭，狂派和博派机器人们边打边跑，将战场转移到了离他们最近的地球。

在我们通常的认知里，行星的表面要么由岩石和水构成，要么由气体构成，行星内部则是灼热的岩浆。一颗全部是钢铁的行星可能存在吗？这就要引入核聚变和比结合能①的概念。在整个元素周期表中，铁元素的比结合能是所有元素中最大的。也就是说，比铁轻的原子在聚变过程中都会释放能量，比铁重的原子在裂变过程中也会释放能量。

在星系形成之初，分子云由于引力的原因逐渐聚合，当这片分子云中心的压力足够大，里面的氢元素就会开始聚变，一颗恒星就会被点燃。恒星在核聚变的过程中会逐渐把氢合成氦、碳和氧等，同时发光发热，持续燃烧生命，而这个核聚变过程的终极产物就是铁。

在《流浪地球》中，推动行星发动机的能量来源是重核聚变，简称“烧石头”。重核聚变不同于将氢聚变为氦，其原料是地球上最多的硅氧化合物，这些硅氧化合物聚变释放能量后就剩下了铁。虽然现实中的人类还没掌握这种技术，但理论上来说还是很靠谱的。

“燒石头”的行星发动机

要聚变成比铁更重的元素不仅不能释放能量，反而会吸收能量。因此，核子数大于铁的元素，只能在超新星爆发时极端高温高压的条件下，才能被大规模制造出来。这些重金属和铁通过超新星爆发抛洒向星际，在亿万年的聚合中可能再次形成星球。虽然实验室的高能粒子对撞机也能制备重元素，但那点产量相对于超新星爆发来说就聊胜于无了。

测量星系的年龄，其中一个方法就是通过光谱分析，测量其重元素丰度。简单来说，铁元素所占比例越多，星系诞生得就越早，它的年龄也就越大。对于赛博坦这样一颗大铁块，它的寿命理论上也应该更长，孕育更高文明的可能性也更大，上面住着一群相爱相杀的机器人也不算是异想天开了。

《变形金刚》动画中的赛博坦星球

虽然我们将那么多浮想联翩寄托在了这颗离我们最近的星系，4.22光年的距离也不是一朝一夕就能到达的。三体人仅仅是加速一颗质子就花了四十年才跨越这道交流鸿沟，等到他们亲自登门拜访更是花了四百五十年。更不用说我们的“小破球”计划，两千五百年，一百代人，真可谓寄蜉蝣于天地之间了。

我们走得最远的探测器“旅行者1号”，从1977年踏上旅程开始，在孤独飞行四十六年后，已经离我们二百三十七亿千米远，也才0.0025光年。虽然旅行者1号已经不在太阳风的覆盖范围，但远远没有脱离太阳的引力范围，要到达半人马座α星，至少还要等上四万年。

“旅行者1 号”结构

旅行者1号的速度已经达到了每秒钟十七千米，不管是博尔特还是高铁，和它相比都不是一个数量级。令人遗憾的是，如果没有技术突破，我们有生之年都难以追赶上旅行者1号的步伐。然而，“突破摄星”计划的出现着实让人振奋。

这个项目由霍金于2016年发起，目标是在地球上建造数个高能激光发射器，用这些组成阵列的激光将数千个纳米探测器送往外太空。这些纳米探测器由邮票大小的光帆携带，在激光对光帆的加速下，最终能达到0.2倍光速，也就是每秒钟六万千米。如果一切顺利，这些探测器二十多年就能到达半人马座α星，而它们实时拍摄的照片，地球上的我们只需要等四年就能看到。

“突破摄星” 计划

虽然这项计划在技术层面仍然有许多不靠谱的设计，以至于人们纷纷觉得这是霍金生前的一個“大忽悠”，但如果我们人类齐心协力，摒弃前嫌，拿出冷战时期那种太空竞赛的气魄，或许有一天，人类终能踏出飞往星辰大海的第一步，亲眼见证我们邻居星系的美景。希望这一天并不遥远。

【责任编辑：尾巴】

① 以地球为中心，无限半径的球面坐标系。

① 指天体在主星的引力作用下，其中一面永远向着主星。月球相对于地球就是被潮汐锁定了。

① 原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能（specific binding energy），也叫平均结合能。比结合能越大，原子核中的核子结合得越牢固，原子核越稳定。