日报标题：太阳系「隔壁」的比邻星，有颗宜居行星绕着它转
相关链接：距太阳系最近恒星系统内发现一颗类地行星
刘博洋，天体物理学博士生
左边的亮星是半人马 - alpha，中文名南门二，全天最亮恒星之一，离我们最近的恒星系统，澳大利亚国旗上南十字左边的那颗大星，三体人和纳美人共同的故乡。
但我们看到的这颗亮星，是本次新闻的主角么？——其实不是。
这是南门二的“三体”系统。左下的太阳是用来比较大小的。可以看到，在大约太阳系的尺度上，南门二 A 和南门二 B 这两个跟太阳差不多大的恒星在一个有点椭的轨道上相互绕转。二者最近距离是不到 10 个天文单位，相当于土星轨道内侧，最远距离也就天王星以外，20 几个天文单位而已。
翻译做比邻星的 Proxima Centauri，也就是南门二 C，这个三星系统中质量最小的一个成员。它也被画在了这张图上，但只有直径是按比例的——它距离南门二 A、B 有足足 15000 个天文单位，远远超出了这张图的范围——按比例画的话，它应该被画到几十米开外（具体视你的阅读设备尺寸而定）。
这就是本位面的“三体”。不存在什么三星混沌绕转、三体人生无可恋的情况。在上千倍的距离差别下，在比邻星的眼中，南门二 A、B 仿佛早已融为一体，其对比邻星产生的引力与单个质点并无什么太大差别。这是一个非常稳定的系统——事实上我们能看到的三星、多星系统几乎都是稳定的。不稳定的系统会在很短时间内瓦解，成员星要么相撞，要么被甩出系统外。其瓦解的时标与那些稳定系统存在的时标相比几乎可以忽略不计，因此我们在观测中也几乎不可能遇到这样的系统。
不像南门二 A、B 那样明亮温暖，比邻星是一颗相当暗淡的恒星。它的直径只有太阳的 14%，质量只有太阳的 12%——它的光度更是只有太阳的 0.15%，这也是为什么离太阳最近的这颗恒星，竟只有 11.1 等的惨淡星等。
要在这样暗淡的恒星旁成为一颗宜居行星——正如本次 Nature 文章所发现的比邻星 b 那样——行星需要距离母星非常、非常近。
文章报告，比邻星 b 距离比邻星仅有 0.05 个天文单位，公转周期 11.2 天。这么近的距离，这颗行星几乎一定会无可救药的被母星潮汐锁定——只有一面始终面向自己的母星。这是人们一直在担心的，这样不幸的行星，还能有生命吗？
（这是我用 SpaceEngine 生成的比邻星 b 的模拟图，潮汐锁定的行星如果有大气，会由于稳定的温差而产生笼罩半个行星的巨大气旋。）
除了直观容易想见的冷热不均这个问题，还有很多理由让人怀疑红矮星旁潮汐锁定行星的宜居性：
1、红矮星温度低，光谱峰值偏红。比邻星的温度是约 3000K，光谱峰值已经跑到了 900 多纳米。光合作用机制不得不利用能量更低的光子。而且由于光谱更加扁平，峰值不那么明显，跟地球人只需要适应很窄的波长范围就能获得高性价比的视觉不同，红矮星旁的生物需要能够适应宽的多的波长范围。
2、红矮星本身更不稳定。它的表面可能产生占比过大的黑子，使其亮度不时发生显著的变化。红矮星的耀斑爆发事件也比太阳猛烈得多，可使其全波段辐射增强 4 个数量级，相当于等效温度提升 10000K。
（XMM-Newton X 射线卫星观测到的比邻星的耀斑爆发事件，Güdel et al. 2002, 2004）
3、红矮星的磁场更强。太阳的磁场只有 1 高斯，而比邻星的磁场有 600 高斯。强磁场会压制其行星的磁层，甚至完全摧毁行星磁层对高能粒子的屏蔽作用，让太阳风长驱直入，威胁地表生命。而且在离母星很近的情况下，太阳风的剥蚀作用更显著，可能让行星过快地失去大气层。
不过相比发现行星本身所涉及物理图景的简明、技术的可靠，关于行星表面的事情还有太多的模型依赖，所以这一块实在是众说纷纭，不好一棍子打死，也不好一棍子打活。
这篇 Nature 文章自己表示，这部分的争论很激烈，比如：
1、只有一面晒太阳，固然温度会有差别，不过在全球大气和洋流的热量输运下，阴阳两面的温度差未见得会那么极端。
2、有些研究认为，行星磁场是可能强到阻绝红矮星强磁场、太阳风的威胁的。
3、比邻星 b 确实受到比地球强 400 多倍的 X 射线，但有研究认为由于 X 射线的光解导致行星大气中水分子流失的情况没有那么严重。
所以现在还不好肯定或排除比邻星 b 的宜居性。不过这些事，可能短时间内还说不清，且让学界的子弹再多飞一会儿。
（另一张比邻星 b 的 SpaceEngine 模拟图……）
Nature 文章讨论宜居性这一段的最后一句话是：
and possibly robotic exploration in the coming centuries
希望我孙子的孙子在 2154 年见到人类探测器抵达比邻星的时候，家祭无忘告我一声。
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狐狸先生，研究天文学的狐狸
确实是非常令人激动的发现。这并不是发现了一颗地外行星，而是发现了一颗距离太阳系“最近”的地外行星。这让下一代所有的望远镜有了一个最重要的观测目标，同时这会让人们更加重视深空探测器，比如摄星计划这类项目的发展。
看过三体的朋友们可能还记得，和地球为敌的三体人来自于距离地球最近的三体恒星系统。爱好天文的朋友也许知道，刘慈欣的这个设定并非凭空虚构。距离地球最近的恒星被称作比邻星（Proxima Centauri)。这颗恒星 1915 年由 Robert Innes 在南非的天文台发现。它距离地球只有 4.2 光年。比邻星距离半人马座最亮的恒星 alpha Centauri 非常近, 而后者就是大名鼎鼎的南门二，是全天第三亮星。在小型望远镜中，观测者很容易分辨出南门二实际上是双星系统，由 Alpha Centauri a 和 Alpha Centari b。
南门二在夜空中的位置。 File:Position Alpha Cen.png
比邻星和 Alpha Centauri a,b 这对双星系统构成三合星。在这个三体系统里，a 和 b 很亮，靠的很近，而比邻星非常暗，是一颗红矮星，距离 a 和 b 很远，差不多有 15000 倍日地距离，可能要 50 万年才能绕 a,b 转一周。和小说里的三体系统不同，这个三合星系统的构型在相当长的时间里会是非常稳定的。
这次的新发现是在比邻星周围找到了一颗和地球差不多大（1.3 倍地球质量）的行星。而且这个行星可能在所谓的宜居带内，也就是可能存在液态水。如果后者被确认的话，那么在未来，也许比邻星可以成为人类太空殖民的下一站（也许想太多了）。
事实上比邻星和 Alpha Centauri 是否存在行星一直是地外行星观测的热门研究。主要的研究手段就是多普勒方法。如果一颗恒星存在绕转的行星，那么观测它谱线，应该可以发现这颗行星造成的周期性的扰动。
比邻星， Alpha Centauri A,B 和太阳的大小比较
欧州南方天文台在智利的 3.6 米光学望远镜是做出这次发现的主要设备。这个尺寸并不算大，但是装备了 HARPS 系统以后，研究者有能力在 1m/s 的精度上，研究比邻星相对地球的（径向）运动。
事实上，早在 2012 年，曾经有 Nature 文章称在 Centauri b 附近发现一颗行星。但在 2015 年进一步研究以后，研究者认为这个发现可能是一次对数据的误读。所以在本次的文章中，作者强调了数据的可靠性。并做了各种相应的检验。
作者称在 2016 年之前的数据中，他们就已经发现了一个 11.2 天的频率，预示着可能存在一个周期为 11 天左右的行星。2016 年 1-3 月，他们又申为请了更密集的观测时间来研究这个系统，最终确认这个信号是真实的。
关于这个系统最有趣的一点是它处于宜居带中。在太阳系中，人们发现在彗星中存在大量的水冰成分，并认为这可能是地球上水的来源。在地外行星系统中，水也同样有可能通过类似的途径进入行星。但如果一颗行星没有足够强大的磁场，那么恒星的太阳风会逐渐剥离行星中的（气态和液态）水（比如金星）。另外，因为这颗新发现的行星距离主星很近，它收到的 X-ray 辐射会比地球上强 400 倍。所以作者用了一些篇幅讨论这些问题，并指出存在水还是有可能的。
轨道对比，左边的半圆是水星轨道的半径，太阳的宜居带也就是地球所在的区域还远比这个半圆靠外。右边的绿色带是比邻星宜居带的范围，新发现的行星就在其中。宜居带大小的差别是太阳和比邻星亮度的差别造成的。Credit: ESO/M. Kornmesser/G. Coleman