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【转】人类或许发现了戴森球

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起因是这样的:9 月 11 日,美国耶鲁大学的 Tabetha Boyajian 等人在著名的论文预印本网站 arXiv 上张贴了一篇文章,讨论了开普勒望远镜观测的一颗亮度为 12 等的目标星 KIC 8462852。开普勒望远镜是用“凌星”法找太阳系外行星的,即行星如果恰好在恒星圆面前方经过,挡住了一部分光线,恒星的亮度就会有轻微下降。通过测量光变曲线的形状,可以确定行星的轨道周期、到主星的距离、半径等信息。通常的凌星行星光变曲线是下面这样的,注意它的外形十分光滑、圆润,并且中心对称:


IP属地:上海来自iPhone客户端1楼2017-05-24 07:12回复
    上:系外行星 WASP-10 b 的光变曲线,横轴是时间,纵轴是恒星的亮度。取自 Murray, 2012, Science, 336, 1121


    IP属地:上海来自iPhone客户端2楼2017-05-24 07:13
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      但是 KIC 8462852 的光变曲线中不存在传统意义上的凌星信号,因此开普勒望远镜的自动化分析软件把它漏掉了,但在“行星猎手”(Planet Hunters)网站上引起了很多人的兴趣。Planet Hunters 是一个公众平台,它集合了大众的力量,让志愿者用眼睛帮助识别凌星信号。因为开普勒望远镜在 3 年多时间里累积了 20 多万颗星的光变曲线,任何软件也不能保证有 100% 的探测率,人眼 + 人脑在识别特定模式方面的巨大能力就可以派上用场了。这个平台是开放,任何人都可以注册帐号,然后开始寻找这些“漏网”的行星。2012 年,科学家上传了开普勒望远镜的部分数据做了个测试,发现效果还不错——对于半径大于地球 4 倍的行星,人眼识别的成功率超过了 85%。自从 Planet Hunters 网站上线以来,志愿者总共已经发现了几十颗行星候选体,其中至少两颗已经得到确认,并被赋予了“开普勒”开头的正式行星编号(Kepler-64 b 和 Kepler-86 b)。


      IP属地:上海来自iPhone客户端3楼2017-05-24 07:13
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        我们回到这颗名为 KIC 8462852 的星上来。在 Planet Hunters 项目里,志愿者给它打上的标签是“奇特”、“有趣”、“巨大的凌星”这样的字眼,引起了耶鲁大学的天文学家 Boyajian 的兴趣,于是进行了深入分析。首先 Boyajian 发现,这颗星的光变曲线里面存在两次大的下降,一次在第 790 天左右,变暗了 15%,在第 1520 天左右,光变曲线又下降了 22%。在第二次下降前后还伴有很多次幅度比较小的下降。如图:


        IP属地:上海来自iPhone客户端4楼2017-05-24 07:14
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          纵轴表示恒星的亮度(“正常”情况下的亮度为 1),横轴是时间,单位是天。


          IP属地:上海来自iPhone客户端5楼2017-05-24 07:14
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            看不清楚?把纵轴放大一些看看:


            IP属地:上海来自iPhone客户端6楼2017-05-24 07:14
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              截取其中两次比较大的下降:


              IP属地:上海来自iPhone客户端7楼2017-05-24 07:15
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                作者小心的分析了仪器出错的可能性,认为观测误差无法解释这个现象,因此必须考虑其背后可能存在的物理机制。


                IP属地:上海来自iPhone客户端8楼2017-05-24 07:15
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                  通常情况下首先都会考虑环绕在恒星周围的一大团尘埃云或者尘埃盘,比如著名的御夫座的 ε Aur(中文名柱一):


                  IP属地:上海来自iPhone客户端9楼2017-05-24 07:15
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                    IP属地:上海来自iPhone客户端10楼2017-05-24 07:16
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                      如果 KIC 8462852 的亮度下降是尘埃遮挡引起的,由于尘埃粒子的温度比较低,恒星必定在红外波段比正常情况下稍微亮一些,这种现象称为“红外超”,通常用来检验恒星周围是否存在尘埃盘。可是这颗星并不存在红外超,这就显得有点蹊跷了。经过仔细的分析,Boyajian 认为,目前还没有哪种理论能够很好的解释这颗星光变曲线。看起来稍微符合一点的是彗星。原因有三条:
                      第一次变暗,光变曲线前后是不对称的,这和彗尾的特点相符,但正常的彗尾造成的曲线是先迅速下降,再缓慢上升,正好与观测相反。解释只有一个,那就是彗星的尾巴是朝前的。其实太阳系里也发现过彗星的尾巴是向前的,所以这一点勉强说得过去。
                      在第二次变暗里,亮度有一次比较大的下降和许多比较小的下降,看上去像是一颗高偏心率轨道上的彗星,在经过主星附近时,彗核在潮汐作用下发生了分裂。
                      这颗星不远的地方发现了另一颗比较暗的星,目前还不清楚二者是否是一对双星,还是只是视线方向比较接近而已。如果是双星,那么伴星的距离大约是 880 天文单位,相当于冥王星到太阳的 20 多倍,这样的距离足以扰动恒星周围的“奥尔特云”,形成大量高轨道偏心率的彗星。
                      但是不能不吐槽的一点是,最大掩食深度高达 22%,也就是说彗星的直径差不多有恒星的一半大,人类还从没有见到过这么巨无霸的彗星,所以这种解释其实也比较牵强。
                      这篇文章在 9 月 12 日发布以后,天文学家说:“好吧,又一个疑似的系外彗星”,但并没有引起新闻媒体的重视,也还没与“外星生命”扯上多大的关系。
                      =戏剧性的转折=


                      IP属地:上海来自iPhone客户端11楼2017-05-24 07:16
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                        大约一个月以后,也就是 10 月 15 日,美国宾西法尼亚州立大学的 Jason Wright 等人在 arXiv 上贴出了另一篇文章,讨论了外星文明建造的一些巨型建筑在“凌星”中可能造成的观测效应,正是这篇文章迅速引爆了各大媒体。
                        文章中阐述的想法本身并不新鲜,早在 1960 年代戴森就提出:一个高度进化的文明必然会想办法获取尽可能多的能源。行星系统中最大的能源就是恒星释放的能量。外星文明可能会建造巨大的类似“太阳能板”的装置来收集这些能量,它们的表面积可以大到几乎覆盖整颗恒星,称为“戴森球”。收集到的能量经过利用后变成热量排出,会产生大量的中红外辐射。所以,戴森球对恒星的遮挡,以及中红外的多余辐射都可以在远处被观测到,因此是一种可行的搜寻外星文明的方法。
                        2005 年,法国天文学家 Arnold 考虑到,当外星文明发展到一定程度后,可能会建造尺寸和行星大小相当的巨型建筑,戴森球就是其中一种。这些建筑物可能很薄,因此质量很小,但是具有巨大的表面积,形状包括三角形、百叶窗形等。其中百叶窗形有个突出的优点:只要改变扇叶的角度,就可以方便地调节接收面积,从而控制能量收集器的输出功率。这些形状怪异的建筑也会像行星一样“凌星”,但是光变曲线的形状和圆形的行星不同。Arnold 进一步提出:可以通过凌星曲线的形状异常来寻找这些巨型建筑。而开普勒望远镜已经达到了搜寻这类建筑所需要的精度。


                        IP属地:上海来自iPhone客户端12楼2017-05-24 07:17
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                          IP属地:上海来自iPhone客户端13楼2017-05-24 07:18
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                            上图:不同形状的建筑产生的凌星曲线与行星曲线的差异。左上:三角形。右上:旋转的三角形。左下和右下代表两扇叶片和六扇叶片的百叶窗形。取自 Arnold, 2005, ApJ, 627, 534


                            IP属地:上海来自iPhone客户端14楼2017-05-24 07:18
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                              在接下来的章节里,Wright 详细讨论了 6 种可能的外星建筑形式,以及它们可能产生的 10 种不同于行星的光变曲线反常,同时还对每一种反常都考虑了可能由哪种自然现象产生。换句话说,如果真的找到了某种反常,就需要在相应的建筑形式与自然现象之间进行甄别。这 10 种反常是:


                              IP属地:上海来自iPhone客户端15楼2017-05-24 07:19
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