天行者卢克站在塔图因星球的荒漠上,望着地平线上逐渐落下的两颗太阳。《星球大战》里经典的那一幕,让无数人对“双日世界”充满了幻想。
天文学家曾认为,既然宇宙中超过一半的恒星都是成双成对出现的,那么这种“塔图因星球”理应随处可见。现实却是,在人类已经确认的6000多颗系外行星中,绕着两颗恒星转的行星仅有14颗。
在双星系统的世界里,行星仿佛进入了一个死亡禁区。最近,美国加州大学伯克利分校的研究者揭开了谜底:幕后推手竟然是爱因斯坦。
~~~~宇宙中的“死亡华尔兹”
要理解行星为什么会失踪,我们得先认识一个物理现象:进动(Precession)。
你可以把它想象成一个正在减速的陀螺。陀螺在自转的同时,它的轴心也会绕着中心点缓慢地画圈。行星的轨道也一样,受恒星引力的拉扯,行星绕行的椭圆轨道本身也在太空中缓慢旋转。
在双星系统中,情况变得极其复杂。两颗恒星互相环绕,它们之间存在着巨大的潮汐力。随着时间推移,这两颗恒星会越靠越近,就像两个手拉手飞速旋转的舞者。
这时,爱因斯坦的广义相对论开始接管战场。在牛顿的引力定律中,时空是平直的,但在广义相对论中,恒星巨大的质量会压弯时空。当两颗恒星靠得足够近时,这种时空扭曲会让恒星轨道的“进动”速度疯狂加快。
~~~~节奏对上,噩梦开始
问题的核心在于一种名为“共振”的物理效应。
随着双星的距离缩短,恒星轨道的进动频率在不断升高,而外围行星轨道的进动频率却因为引力分布的变化在逐渐降低。当这两个频率在某个瞬间完美匹配时,灾难就降临了。
这就像是一个推秋千的人,每一次推力都精准地踩在了秋千摆动的最高点。原本圆润的行星轨道开始被这种共振力疯狂拉长,变得像一根细长的面条。
结局只有两个:要么,行星在轨道拉长过程中,因为离恒星太近,直接撞进恒星的火海;要么,行星被双星巨大的引力弹弓甩向宇宙深处,成为一颗孤独的“流浪行星”。
研究人员计算发现,在那些轨道周期小于7天的紧密双星系统中,广义相对论效应会像一把巨大的扫帚,清理掉80%的近距离行星。其中四分之三的行星会落得粉身碎骨的下场。
这解释了为什么我们观察到的双星系行星如此稀少。现有的探测手段,如开普勒空间望远镜,最擅长捕捉那些距离恒星很近、轨道周期很短的行星。然而,根据这项研究,这些区域早已成了行星的坟场。
那些侥幸存活下来的“塔图因”,大多躲在远离双星的安全地带。在那里,引力的节奏还没能产生致命的共振。只是因为它们离得太远,转一圈需要几十年甚至上百年,现有的技术很难在短时间内抓到它们的踪影。
100多年前,爱因斯坦用广义相对论解释了水星轨道的微小偏差,证明了太阳系的稳定性。谁能想到,在银河系的其他角落,同样的理论却成了行星世界的“死神”。
宇宙的迷人之处或许就在于此。同样的物理定律,既能维持秩序,也能制造混沌,而人类正通过这些精妙的数学逻辑,在漆黑的夜空中重构那些消失世界的悲壮史诗。
~~~~~~
图一为《星球大战》经典场景,塔图因星球上两颗太阳的日落。
图二为环绕双星运行的行星最终因为轨道不稳定而被吞噬或者流放的全过程示意,图源:Mohammad Farhat/UC Berkeley
信源:Mohammad Farhat et al, Capture into Apsidal Resonance and the Decimation of Planets around Inspiraling Binaries, The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/ae21d8

