宇宙中不只有“三体”：又有可骇的“吞食者”！

最近，《三体》又成了热门话题。作为一位天文学家，我当然不会放过这样的科普好机会。实际上，我对行星系统的稳定性一直充满好奇。

17 世纪初，开普勒陆续发表了他的三大定律，揭示了天体运行的轨道规律。但当系统中存在多个天体时，动力学可能会变得不稳定，导致某些物体被随机抛射出去。这也就是《三体》故事的天文学基础。

在刚接触天文学时的某一天，我突发奇想：类似的随机抛射会不会发生在人类所在的这个太阳系当中呢。再说得清楚一些，会不会咱们的太阳系，在最初的时候远不止有 八大行星 ，而是有更多的行星，只不过其中一颗可能者一些早期行星已经被随机抛射出去了？

太阳系的行星和矮行星。图中仅大小按比例绘制，距离不依比例丨Wikipedia

这个问题一直萦绕在我的脑海里，并成为我天文学研究的一个方向。

为什么要先找孪生双星？

为了解开这个谜团，我们(We)进行(Carry Out)了一项大规模的光谱调查，深入研究了附近的恒星。我们(We)特别关注了 91 对同时形成且性质相同的孪生双星。

这与社会(Society)学中研究孪生兄弟/姐妹的方法具有一定的相似性。在化学成分方面，一对孪生兄弟/姐妹其所含元素及比例大体上差不多。如果这两个 兄弟/姐妹 之间存在任何差异，那么这些变化肯定是由 后天(The Day After Tomorrow)因素 引起的。

举例来说，地球上的铁元素占比比太阳更高，而太阳的氢、氦等元素占比要比地球更高。因此，如果假设地球掉进太阳，太阳中某些元素的比例就会发生变化 如果太阳有一个孪生兄弟/姐妹，那么这个时候太阳跟它就出现了化学成分方面的差异。

恒星吞噬行星并不罕见

最初，我们(We)也是带着探索的态度：如果能找到一对有差异的孪生兄弟，就已经是一个巨大的成功(Success)。但没想到，我们(We)找到了不止一对，而是竟有十多对。

当然，恒星之间的差异并不一定是因为吞噬了它们(They)的行星。我们(We)也考虑了恒星大气中元素沉淀机制的差异。为了验证我们(We)的假设，我们(We)进行(Carry Out)了详细的建模和排查。

主要的就是上面所说的，相对于太阳，地球的重元素对可挥发元素的比例较高。我们(We)发现，在那些存在差异的孪生兄弟/姐妹中，至少有七组，其元素差异是可以对应上 地球掉入太阳里 这样的情况的。

福尔摩斯曾说，当所有最可能的情况都被排除后，剩下的，哪怕是概率不高的，也必然是真理。对侦探来说是这样，对天文学家来说当然也是。

所以，我们(We)的结论是，在每十二对恒星中，至少有一个恒星曾经吞噬了环绕它的行星物质。这项研究最近发表在《自然(Nature)》杂志的封面上。

有趣的是，这个现象看起来有点像是刘慈欣在另一部作品《吞食者》中描述的情况，可能者西班牙画家戈雅晚年 黑色绘画 中的名作《农神吞噬其子》。

西班牙画家弗朗西斯科 戈雅（Francisco Jos de Goya y Lucientes）画作《农神吞噬其子》丨Wikipedia

我们(We)的研究结果(Result)表明，如《三体》里的情况，许多行星系统都存在一定程度的不稳定性。与书中描述不一样的是，即使没有临近伴星，这样的不稳定性依然存在。

近年来，一些研究行星动力学理论的学者也指出，尤其是那些存在大质量 超级地球 的系统本身就是不稳定的。恒星和大质量行星的引力扰动可能足以引发不稳定性。就有点像 如果一个家里孩子众多，那多半家里整天都是乱糟糟的。

现实中恒星吞噬行星的概率更高

尽管有一些理论的支持，但如此高的吞噬概率确实出乎我们(We)的预料。这意味着行星系统的不稳定性可能比我们(We)之前认为的更加普遍。我们(We)能观测到的信号很可能只是冰山一角。

恒星吞噬行星示意图丨Handout/NSF s NOIRLab/AFP

首先，被抛射的行星并不一定会掉进宿主星。实际上，行星被抛射的方向可能是向内可能向外的。如果是向内，它们(They)可能会被恒星吞噬。但更有可能的是，这些行星会被抛射到恒星系统外，成为 流浪行星 ，在宇宙中漂流。

此外，即使行星被吞噬，由于恒星大气的对流作用，这种痕迹经过一段时间也可能消失。这个过程就像将牛奶倒入咖啡中，它会在咖啡表面形成独特的纹理，但这些纹理会随时间变化并最终消散。

我们(We)就是通过这样的体坛发现了那十二分之一的 吞噬者 。不过，牛奶的纹路会逐渐扩散，直到完全消失 我们(We)最终看到的是一杯均匀的拿铁。恒星上的纹路也是如此，因此，很久早前发生的吞噬事件我们(We)是无法体坛到的。

也就是说，尽管在我们(We)的样本中体坛到的概率是十二分之一，但实际的概率可能要高得多。其余的恒星系统可能也存在不稳定现象，可能者被抛射的行星只是成了 流浪地球 ，可能者吞噬的痕迹随着时间被磨平。

尽管我们(We)的发现很有趣，但正如所有科学发现一样，它提出的问题比结论本身更重要。

可能的解释是，行星被抛射的频率非常高，所以在任何时间点，都会有一些恒星表现出 拿铁拉花 现象；可能者恒星的对流过程非常缓慢，使得吞噬行星的痕迹能够长时间保留。然而，鉴于我们(We)对多体系统动力学和恒星的热对流过程理解还不完整，这些问题还需要进一步的研究来解答。

我希望(Hope)我们(We)的研究能够激励更多人投入到行星系统及其与恒星关系的研究中，揭开这些谜题的面纱。

也许，我们(We)工作的一个更重要的启示是 地球上生命的繁荣依赖于一种微妙的平衡，而我们(We)所在的宇宙家园可能比我们(We)想象的要更加脆弱。作为一名天文学家，我将继续探索宇宙的奥秘，寻找更多关于我们(We)所处位置的线索。同时，我也希望(Hope)我们(We)的研究能够引发更多人对行星系统稳定性的思考，提高我们(We)对宇宙家园的认识和珍惜。只有这样，我们(We)才能更好地守护这片生命赖以生存的乐土，让地球上的文明继续繁荣发展下去。

策划制作

作者丨丁源森 澳大利亚国立大学(University)天文与计算机系副教授

审核丨韩文标 祖国科学院上海天文台研究员

策划丨徐来

责编丨徐来、何通

审校丨林林