劇情介紹
本文參加號 #科學(xué)了不起# 系列征文賽。
地球以一個偏心率很小、近乎圓形的軌道繞著太陽公轉(zhuǎn),這個過程已經(jīng)持續(xù)了45億年。由于太陽不斷發(fā)光發(fā)熱,在地球軌道的另外一側(cè),也就是太陽的背面,我們始終無法看到。
雖然在日全食期間,可以看到太陽邊緣附近的背景恒星,但太陽的正后方是看不到的。當(dāng)然,半年之后,當(dāng)?shù)厍蜻\行到軌道的另一側(cè)時,我們可以看到半年前太陽后方的星空。只不過我們?nèi)匀粺o法看到當(dāng)前時刻太陽的背面是怎樣的,倘若那里存在另一顆星球,我們也不會知道。
那么,太陽背面會不會存在第二個地球呢?會不會這個星球與地球共同在一個軌道上繞太陽運動,它處在太陽的另一側(cè),從而一直隱匿行蹤呢?
就目前所知,三體問題是無解析解的,三個天體的運動是混沌的。經(jīng)過足夠長的時間,三個天體的運動軌跡就會因為引力作用而變得無法精確預(yù)測。但一些限制性的三體問題可以解出幾個特解,例如,5個拉格朗日點。
地球環(huán)繞太陽運動,這兩個天體的引力會在地球軌道平面上的5個位置取得平衡。如果在任意一個拉格朗日點上放上天體,它就能與地球和太陽保持相對靜止,不會偏離位置。
在5個拉格朗日點中,第三拉格朗日點(l3)位于地球軌道上,剛好是對稱的位置,太陽位于中心。
那么,l3上會存在另一個地球嗎?
雖然l3是一個引力平衡點,但有一個限制條件,那就是位于這個點上的天體質(zhì)量非常小,要遠小于地球和太陽的質(zhì)量,小到可以忽略不計,這就是所謂的限制性三體問題。
如果l3上是一顆行星,那么,它與地球、太陽所組成的三體系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。經(jīng)過一定時間之后,平衡必然會被打破,不可能以穩(wěn)定的狀態(tài)運行數(shù)十億年。因此,從天體力學(xué)角度來分析,太陽背面不可能存在一顆看不見的地球。
另一方面,人類在現(xiàn)實中也沒有觀測到太陽背面的星球。隨著航天科技的發(fā)展,人類已經(jīng)有能力離開地球,并且還能發(fā)射無人探測器對太陽進行探測,例如,美國宇航局(nasa)在2018年發(fā)射了帕克太陽探測器,它在環(huán)繞太陽運動的過程中,可以飛到相對于地球的太陽背面,但并沒有發(fā)現(xiàn)所謂的第二個地球。
系外行星
總之,太陽背面的第二個地球是不可能存在的。在太陽系中,不可能會有另一個像地球這樣生機勃勃的行星,如果要找第二個地球,也只能去太陽系外。目前,天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了將近4200顆系外行星,其中數(shù)十顆運行在宜居帶中,可能有類似地球的氣候條件,它們或許是宜居的外星世界。
在這些潛在的宜居行星中,位于1402光年外的開普勒-452b堪稱第二個地球,因為這顆行星是巖質(zhì)行星,其軌道半徑與日地距離非常接近,而且它的主恒星與太陽近乎一樣大一樣熱。地球就是在這樣的環(huán)境中孕育出生命,所以開普勒-452b上可能會有生命存在。
另外,位于124光年外的k2-18b也是一顆潛在的宜居行星。根據(jù)哈勃太空望遠鏡的光譜數(shù)據(jù),k2-18b可能擁有類似于地球的大氣層,而且其中包含水蒸氣,在其表面可能存在液態(tài)水。
不過,這些系外行星離地球非常遙遠,目前的人類還沒有能力進行實地探測。至于哪些系外行星上存在外星生命,等到更強大的天文望遠鏡投入使用之后,這個問題或許能得到初步解答。