1.3 真實的三體世界有沒有可能存在生命？

在劉慈欣的《三體》中，三體世界里居住著一群擁有高度發達文明的三體人；他們發明了包括智子和水滴在內的一系列黑科技，還一度占領了地球。那么在真實的三體世界中，是否有可能存在生命呢？

我們知道，恒星是生命的禁區。只要是恒星，其表面溫度就能達到好幾千攝氏度。在這種條件下，不管是什么樣的生命都無法生存。

因此，三體世界要想擁有生命，關鍵是要有一顆適宜生命居住的行星。

那三體世界是否擁有這樣的行星呢？答案是有。

2016年8月24日，在天文學界一直都很不起眼的比鄰星，突然成為全球媒體關注的熱點。因為在那一天，31位歐美天文學家在著名的《自然》雜志上發表了一篇論文，宣布他們在比鄰星附近找到了一顆和地球差不多大小的新行星。

可能有些讀者會覺得奇怪了，地球與比鄰星之間相距4.25光年，在距離如此之遠的情況下，這顆行星是怎么被發現的呢？

為了回答這個問題，我得先給你補充一點基礎知識，講講什么是多普勒效應。

讓我們從一個人的故事講起，他就是奧地利物理學家克里斯丁·多普勒（圖1.16）。

多普勒是一個相當倒霉的人。作為歐洲名校維也納大學的博士，時運不濟的他遲遲沒能在學術界找到正式工作，只好在奧地利各地游蕩，打各種各樣的零工。直到30多歲，他才好不容易在一所不知名的大學謀到了一份教職。這所大學很喜歡壓榨教師，給多普勒指派了山一樣的教學任務，這讓他相當痛苦。

39歲那年，多普勒寫了一篇轟動學界的論文。幾年后，成名后的多普勒得以重返自己的母校，并擔任維也納大學物理系主任。但遺憾的是，早年艱辛的生活已經嚴重損害了他的健康。最后，他只活到了49歲。

正是在那篇改變了自己命運的論文里，多普勒提出了著名的多普勒效應。

為了解釋多普勒效應，讓我們從一個在日常生活中相當常見的場景說起。常坐地鐵出行的人應該會注意到一個現象：當列車進站的時候，它發出的汽笛聲會變得比較尖銳；當列車出站的時候，它發出的汽笛聲會變得比較低沉。

這個現象就可以用多普勒效應來解釋。這個效應說的是，當某個物體靠近我們的時候，它發出的聲波波長會變小，頻率會變大；而當這個物體遠離我們的時候，它發出的聲波波長會變大，頻率會變小。

多普勒效應不僅適用于聲波，還適用于宇宙中所有的波。因為光本身也是一種波（即電磁波），所以它也滿足多普勒效應。這意味著，如果某顆恒星正在靠近我們，它發出的光的頻率就會變大，這稱為藍移；反過來，如果此恒星正在遠離我們，它發出的光的頻率就會變小，這稱為紅移。

知道了多普勒效應和藍移紅移的概念以后，現在就可以揭曉人類如何發現比鄰星的行星了。圖1.17就展示了其中的奧秘。如果比鄰星真的擁有一顆行星，此行星就會與比鄰星構成一個彼此繞轉的兩體系統。這樣一來，當這顆行星離地球遠去時，比鄰星就會略微地靠近地球；此時，比鄰星發出的光就會發生輕微的藍移。反之，當這顆行星向地球飛來時，比鄰星就會略微地遠離地球；此時，比鄰星發出的光就會發生輕微的紅移。換言之，如果比鄰星真的擁有一顆行星，它的光譜就會出現周期性的藍移紅移交替的現象。這種探測比鄰星行星的方法，被稱為徑向速度法。

最早懷疑比鄰星擁有一顆行星的人，是英國天文學家米可·托米。2013年，他寫了一篇文章，討論了比鄰星光譜存在周期性藍移紅移交替現象的可能性。但由于觀測數據的匱乏，他無法確定這個藍移紅移交替的周期。

2016年，歐洲南方天文臺（簡稱歐南臺）啟動了暗淡紅點計劃（圖1.18），利用歐南臺放在智利的兩臺大型光學望遠鏡來觀測比鄰星的光譜。經過幾個月的觀測，以英國天文學家艾斯庫德為首的31位科學家終于確定，比鄰星光譜藍移紅移交替的周期是11.2天。這意味著，他們發現了一顆正繞著比鄰星旋轉且公轉周期是11.2天的新行星。

這顆新行星，后來被人們命名為比鄰星b。

這還不是暗淡紅點計劃帶給我們的全部驚喜。通過對觀測數據的深入分析，天文學家們發現比鄰星b的質量約為地球質量的1.3倍，說明它肯定是一顆表面被巖石覆蓋的固態行星。此外，它與比鄰星的距離是日地距離的5%，這讓它恰好位于比鄰星的宜居帶之內。換句話說，比鄰星b與比鄰星的距離適中，所以它像地球一樣，表面溫度能讓水以液態的形式存在（圖1.19）。

和地球差不多大小的固態行星，其表面還能允許液態水的存在，這不禁讓人浮想聯翩：“在比鄰星b上，會不會真的有三體人呢？”

很遺憾，這回答案是否定的?，F在人們已經確定，比鄰星b其實是一片生命的荒漠。

為什么這么說呢？讓我從你比較熟悉的太陽講起。

太陽是整個太陽系能量的源泉。它只要有點風吹草動，地球都會天翻地覆。而太陽本身并不是特別穩定，它經常會發出太陽風暴（圖1.20）。

太陽風暴包括兩個組成部分，其中一個是太陽耀斑。顧名思義，太陽耀斑是指太陽表面突然急劇變亮的斑點。一旦發生了太陽耀斑，太陽發出的電磁波的能量就會急劇增強。另外一個是日冕物質拋射。也就是說，太陽能把它表層的物質拋向太空，從而形成所謂的太陽風（主要成分是一些能量極高的帶電粒子，例如剝離了外層電子以后的氫原子核和氦原子核）。

為了便于理解，你不妨把太陽耀斑當成是太陽風暴中的閃電，而把日冕物質拋射當成是太陽風暴中的雨水。

一般情況下，太陽風暴不會對我們的生活造成太大的影響。這是因為地球有一個防御太陽風暴的屏障，那就是地球磁場（圖1.21）。

在地球磁場的作用下，構成太陽風的高能帶電粒子會發生偏轉，從而跑到地球的兩極地區。在兩極地區，這些高能帶電粒子會和高層的大氣分子發生相互作用，從而形成美麗的極光（圖1.22）。

這也是為什么在一般情況下，我們只能在地球兩極地區看到極光的原因。

但是，正如地球上的臺風能變得非常劇烈一樣，太陽風暴也有可能會大幅增強。我們目前所知道的最強的太陽風暴，發生在2003年的萬圣節前后，也就是所謂的萬圣節大風暴。舉個例子，在2003年11月4日，出現了有觀測記錄以來的史上最強太陽耀斑。這個耀斑的強度達到了驚人的X45⁽³⁾；換句話說，它在一瞬間內釋放出來的能量，就相當于4500億顆氫彈同時爆炸。而在這段時期，原本只會出現在地球南北兩極的極光，卻出現在了很多按理說根本不會有極光的地區。（圖1.23）。

產生極光，并不是太陽風暴對地球的全部影響。在萬圣節大風暴期間，一大半的地球通信衛星都由于大幅增強的太陽風而出現了不同程度的故障。此外，大幅增強的太陽風也讓全球輸電網絡故障不斷。

知道了太陽風暴的概念以后，我們就可以來講講為什么比鄰星b是一片生命的荒漠了。

就像太陽能發出太陽風暴一樣，比鄰星也能發出比鄰星風暴。

更要命的是，比鄰星還是一顆耀星（圖1.24）。這意味著，比鄰星可以產生特別強的比鄰星風暴。舉個例子，2017年3月24日，天文學家就觀測到了比鄰星上爆發的一次超級耀斑。這次超級耀斑所發出的電磁波的總能量，比我們前面介紹過的那個史上最強太陽耀斑還要大好幾萬倍。要知道，比鄰星b與比鄰星之間的距離，只有日地距離的5%，所以這次超級耀斑對比鄰星b的沖擊，比萬圣節大風暴對地球的沖擊要大幾十萬甚至上百萬倍。

如果這種強度的超級耀斑直接作用在地球上，足以把地球的大氣層整體剝離（圖1.25）。而一旦失去了大氣層，地球就會變成第二個火星，其表面的液態水將會全部蒸發成水蒸氣，并且逃逸到太空中去。

這就是比鄰星b真實的命運。由于恐怖的比鄰星風暴，比鄰星b注定會變成一個既沒有大氣也沒有液態水的生命荒漠。

我們已經介紹了比鄰星b為何會變成一個沒有大氣和液態水的生命荒漠，那是不是所有的生命都完全不可能在比鄰星b上生存呢？答案是，不見得。1.4節，我們將介紹一種有可能在比鄰星b上生存的神奇生物。