三體問題詳解及其歷史
| 【導(dǎo)讀】 這一陣在看劉慈欣的《三體》，的確是好科幻小說。不過，再好的科幻小說也仍然是科幻，更何況“硬度”不一，科學(xué)背景上總歸能找出不合事實的地方來。當(dāng)然，這些不能說就是Bug，畢竟，總得讓寫書的有些自由發(fā)揮的余地，反正這又不是寫物理論文。 而且，好的科幻容易把人拉入夢境中，比如看《球狀閃電》的時候，我時常會有出冷汗的感覺。這個時候，科學(xué)知識可以把人從小說營造的意境中拉出來，象我逃離量子玫瑰等充滿鬼氣的情節(jié)的法子就是念叨“我相信系綜解釋”。多了解些背景，興許可以少做些噩夢。  三體問題 不消說，光從書名上看，三體問題就是《三體》最大的背景之一。 三體問題算是經(jīng)典力學(xué)里面的天體力學(xué)的老難題了，從牛頓那個時候起就是物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家的惡夢。 先說一下什么叫三體。用物理語言來說，在一個慣性參考系中有N個質(zhì)點，求解這N個質(zhì)點的運動方程就是N體問題。參考系是慣性參考系，也就是說不受系統(tǒng)外的力的作用，所有的作用力都來自于體系內(nèi)的這N個質(zhì)點之間。在天體力學(xué)里面，我們通常就只考慮萬有引力。  用數(shù)學(xué)語言來說，經(jīng)典力學(xué)的N體問題模型就是，在三維平直空間里有N個質(zhì)點，每個質(zhì)點的質(zhì)量都已知而且不會變化。在初始時刻，所有質(zhì)點的位置和速度都已知。每個質(zhì)點都只受到來自其它質(zhì)點的萬有引力，引力大小由牛頓的同距離平方成反比的公式描述。要求解的就是，任意一個時刻，某個質(zhì)點的位置。 N=2，就是二體問題。N=3，也就是我們要說的三體問題了。 N=2的情況，早在牛頓時候就已經(jīng)基本解決了。學(xué)過中學(xué)物理后，大家都會知道，兩個質(zhì)點在一個平面上繞著共同質(zhì)心作圓錐曲線運動，軌道可以是圓、橢圓、拋物線或者雙曲線。  然而三體運動的情況就糟糕得多。攻克二體問題后，牛頓很自然地開始研究三體問題，結(jié)果也是十分自然的——頭痛難忍。牛頓自述對付這種頭痛的方法是：用布帶用力纏緊腦袋，直至發(fā)暈為止—雖則這個辦法治標(biāo)不治本而且沒多少創(chuàng)意，然而畢竟還是有效果的。 其實，三體運動已經(jīng)是對物理實際簡化得很厲害了。比如說對質(zhì)點，自轉(zhuǎn)啦、形狀啦我們統(tǒng)統(tǒng)不用考慮。但是只要研究實際的地球運動，就已經(jīng)比質(zhì)點復(fù)雜得多。比如說，地球別說不是點，連球形都不是，粗略看來是個赤道上胖出來一圈的橢球體。于是，在月球引力下，地球的自轉(zhuǎn)軸方向就不固定，北極星也不會永遠(yuǎn)是那一顆。而考慮潮汐作用時，地球都不能看成是“硬”的了，地球自轉(zhuǎn)也因此越來越慢。 然而即使是極其簡化了的三體問題，牛頓、拉格朗日、拉普拉斯、泊松、雅可比、龐加萊等等大師們?yōu)檫@個祭壇獻上了無數(shù)腦汁也未能將它攻克。  當(dāng)然，努力不會完全白費的，許多有效的近似方法被鼓搗了出來。對于太陽系，攝動理論就是非常有效的解決問題的近似方法。而對于地月系統(tǒng)，則可以先把地球和月球看作是二體系統(tǒng)，再考慮太陽引力的影響?！霸铝晾@著地球轉(zhuǎn)，地球繞著太陽轉(zhuǎn)”的理論計算已經(jīng)作得非常精確，上下幾千年的日食月食都能很好地預(yù)測。而對一顆受到行星引力干擾的彗星，人們也能算出一段時間內(nèi)很精確的軌道，比如天文學(xué)家可以提前幾年就預(yù)測出彗星撞木星。而且，太陽系的穩(wěn)定性也在很大程度上得到了證明，比如說大行星的軌道變化大體上是周期性的，不會始終單向變化下去直到行星系統(tǒng)解體。  從數(shù)學(xué)方法來說，解2體問題的方法是解微分方程組，通過求積分的方式可以圓滿解決，得到解析解。很自然的，物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家們也用這種方法去對付三體問題。 1772年，拉格朗日就已經(jīng)把三體問題的18個方程簡化成了只有6個。然而，進步到此為止了。19世紀(jì)末期的研究更是給了數(shù)學(xué)家們一連串打擊。 布倫斯（1887），龐加萊（1889）和潘勒斯（1898）年給出了一個比一個更嚴(yán)格的證明，堵死了求積分的許多途徑。 1941年西格爾干脆證明了代數(shù)積分法的死刑，宣布找到足夠的代數(shù)積分是不可能的。當(dāng)然，三體問題的數(shù)學(xué)研究不是除了失敗外就一無所有，它還是帶來了許多新發(fā)現(xiàn)，比如混沌理論就是從它的廢墟中誕生的。 當(dāng)然，我們還只是談到了牛頓力學(xué)。如果考慮到廣義相對論的修正，那就更糟糕了，連二體問題都只有近似解。而且，廣義相對論的二體問題也不穩(wěn)定，由于發(fā)射引力波損失能量，兩個星體遲早會撞在一起，雖說要等的時間可能比宇宙壽命還長。先說明一下天文學(xué)家是怎么得到三兄弟的這些數(shù)據(jù)的。恒星目視星等是可以直接測量的。南門二離我們很近，用三角視差方法就可以很精確地測出距離。事實上，南門二是最早被測出距離的恒星（當(dāng)然太陽除外），但是由于在南非觀測它的英國天文學(xué)家亨德森要等到回到英國后才能發(fā)表觀測數(shù)據(jù)，結(jié)果1838年，德國天文學(xué)家貝塞耳在柯尼斯堡觀測的天鵝座61號星搶到了第一的座次。有了距離和目視亮度，就可以很容易地算出絕對亮度。 恒星的表面溫度，則可以通過研究恒星的光譜來確定。根據(jù)黑體輻射定律（比如斯忒藩定律或者普朗克公式），恒星亮度和表面溫度的4次方成正比，而且亮度和恒星的表面積成正比（也就是和半徑的平方成正比）。所以，根據(jù)已經(jīng)測到的數(shù)據(jù)，得出三兄弟的半徑也不難。 測質(zhì)量相比之下就要麻煩不少。南門二的老大和老二是一對離得比較近的雙星，平均距離23個天文單位（地球到太陽的平均距離），繞行的周期則是大約80年。有了軌道數(shù)據(jù)（當(dāng)然不止這兩個數(shù)據(jù)），從牛頓力學(xué)就可以算出南門二A和B的質(zhì)量的精確數(shù)值。 而比鄰星的質(zhì)量就難測多了。比鄰星這個小弟兄目前離兩個哥哥太遠(yuǎn)了，大約有0.2光年，相當(dāng)于A，B兩星平均距離的500倍以上，而且其質(zhì)量又小。所以，靠測量比鄰星的引力對南門二A，B的影響來確定其質(zhì)量是不行的。目前采用的比鄰星質(zhì)量是個推測值，按照理論模型和其他類似亮度和溫度的恒星的質(zhì)量來估計，得到了一個很小的質(zhì)量，只比太陽的十分之一稍大些。  南門二的A，B兩星以橢圓軌道在互相繞行，下面是它們軌道的圖示（這里還加上了一個假想的地球）。 它們的軌道相當(dāng)扁，偏心率大約0.5。圖中它們都在“近日點”。當(dāng)然不用擔(dān)心它們會相撞，它們的運動周期一致，是同步的。離得最近時候是11個天文單位（比太陽到土星稍遠(yuǎn)），相距最遠(yuǎn)時候則達(dá)到35個天文單位（比太陽到海王星稍遠(yuǎn)）。因為它們的軌道平面不是正對著我們的，從地球上觀測，以南門二A 為參考點，南門二B將描出下圖所示的一個很扁的橢圓。 為了更好的領(lǐng)略南門二的風(fēng)景，我們就發(fā)動時空傳送機器（用《流浪地球》的那種變態(tài)的地球發(fā)動機？太土老冒了吧），把我們的地球傳送過去實地旅游一番吧。 南門二A星是老大，和太陽非常相似，事實上，它是太陽周圍三十光年內(nèi)和太陽最相似的恒星了。如果真的說“海內(nèi)存知己，天涯若比鄰”，那對它是非常合適的。既然如此，那就給我們一個回家的感覺，把地球安置在離南門二A一個天文單位的圓形軌道上吧。 啊，這將是一場災(zāi)難。不要忘了，南門二A的質(zhì)量比太陽大10%，亮度則要大51%?，F(xiàn)在只不過多排放了一些溫室氣體，造成的全球變暖就已經(jīng)搞得人心惶惶了。如果太陽增亮一半，那地球上簡直就要寸草不生了。 “第XXX代文明在酷熱中毀滅了，原因是時空穿越的位置設(shè)定錯誤。。?！保ㄕ鎭G人） 不行，我們要補救一下，把地球挪遠(yuǎn)一些，離南門二A的距離增大到1.23個天文單位，這樣，南門二A提供給地球的光照就和太陽一模一樣了，我們?nèi)匀荒苡幸粋€氣候適宜，生命繁盛的地球。 軌道情況讓我們相當(dāng)滿意，因為南門二B雖然離得相當(dāng)近，但是最近時候的距離仍然比到南門二A的距離要大將近9倍，因此，對地球的軌道干擾也不大?？梢灾竿厍蚩梢栽趫A軌道上過著相當(dāng)穩(wěn)定的生活。 現(xiàn)在是白天，先讓我們贊美“萬物生長靠太陽”。抬頭看去，南門二A和我們原來熟悉的那個太陽相比，看上去要稍微小了些（視直徑小了大概 2.5%），如果我們沒有忘了把月亮也原封不動地拖過來，那么在這里就不會看到日環(huán)食了，只會是日全食或者日偏食。但是因為南門二A的表面溫度比太陽高了一點點（太陽的表面溫度是5700K），所以它的表面顯得要更亮些。粗心一點的話，你不會覺得太陽已經(jīng)換了一個。一年比我們現(xiàn)在長了三四個月，但區(qū)別也不算太大。 如果時辰湊巧的話，我們還可以在晴空中看到一個明亮的“飛星”，這就是南門二B。它的亮度在南門二A這個“太陽”的1/300到1/3000的范圍內(nèi)變化，取決于當(dāng)前它離我們有多遠(yuǎn)。當(dāng)然，老師們會向你強調(diào)不能用肉眼直接看太陽，同樣他們還會強調(diào)也不要用肉眼直接看“飛星”。因為南門二B的亮度仍然到了刺目的地步，相當(dāng)于月亮亮度的1000~100倍，足以傷害你的眼睛了。 當(dāng)“飛星”最亮的時候（也就是最近的時候），可以看到它并不是“星”，而是一個小太陽，直徑大約是太陽的十分之一，可以看出一個小小的圓面。最暗的時候，肉眼就看不出什么結(jié)構(gòu)了，看上去就是一顆非常亮的星星，但是在望遠(yuǎn)鏡下，它的圓面依然可見，和真實世界中我們看木星差不多大。但不論如何，它的亮度之大，都足以保證即使是在白天，我們也能很容易地看到它。 太陽下山了，讓我們看看星空吧。呃，怎么天還這么亮，什么星星都看不到？原來“飛星”還沒下山呢。“飛星”亮度達(dá)到月亮的1000～100倍，在它的照耀下的“夜空”仍然非常明亮，如同我們常見的陰天，而地面的亮度和寫字樓里面沒什么兩樣，盡可以看書寫字。由于南門二B的表面溫度要比太陽低不少，它的顏色是橙黃色的，在“飛星”的照耀下，天空和大地如同被城市街道旁的高壓鈉燈照亮，沐浴在一片溫和的橙色光輝中。 如果對“飛星”的運行感興趣，我們就得對它進行長時間觀測。它的運行有如太陽系里的外行星的運行規(guī)律，每80年（換算成南門二A的“地球年”當(dāng)然只有大概60“年”）在天球上相對于恒星背景運行一圈，而且每“年”都會有兩次“飛星不動”的現(xiàn)象。當(dāng)然，這并不是什么大災(zāi)難的前兆，只不過是地球的運行方向此時正好朝向或者背離南門二B而已。持續(xù)時間也不過幾天，和太陽系里外行星運動的“留”實際上是同一回事。 其實，南門二B也是不錯的人類安身之所，雖然說亮度只有太陽的一半不到。但是只要離得近些就好了。金星的軌道就是個很不錯的選擇。同樣，這樣一個軌道也是相當(dāng)穩(wěn)定的，在上面我們可以看到一個比較大的橙色太陽，還有一顆黃色的，更亮更大的“飛星”。在牛頓的經(jīng)典力學(xué)體系里面，對三體問題的簡化可以用下面這張圖大體表示一下（在這里把月球火箭的軌道計算作為一個三體運動的一個實際應(yīng)用的例子，實際上比三體運動還要復(fù)雜） 二十世紀(jì)50年代后，數(shù)學(xué)家們多了一個新幫手：計算機。于是，兩個新辦法出來了，一個是用級數(shù)表示積分（簡單代數(shù)積分不指望了），另一個則干脆是使用數(shù)值方法求近似解。 級數(shù)解在理論上獲得了很大成功，比如在限制性圓型三體問題中，已經(jīng)證明了所需要的積分是存在的（但是另一方面早就證明了用代數(shù)公式是不能表達(dá)的）。這些積分可以用冪級數(shù)表達(dá)，而且證明了冪級數(shù)是收斂的。但是這些冪級數(shù)收斂得太慢了，比如對拉格朗日點，為了達(dá)到可以接受的精度，至少要取10^80000項！而整個宇宙中的粒子數(shù)也就10^80個的樣子。 計算機的加盟使人們對三體問題不是那么無助了。雖然沒有代數(shù)公式，但用數(shù)值算法硬算的結(jié)果，精確性也不錯。比如，發(fā)射飛船去探測其他行星就是典型的三體問題，旅行者2號說去海王星就一定到得了。再比如，太陽系大行星4000萬年內(nèi)的運動也算了出來，至少往后這段時間，太陽系的行星系統(tǒng)還不至于散架。 讓我們看看三體問題的大致現(xiàn)狀吧： 1．目前的研究主要集中在限制性三體問題，因為比較簡化，而且有實用價值。 2．對于限制性三體問題，通過級數(shù)法證明了解的存在性（這已經(jīng)是非常大的成果了）。而且，天體力學(xué)的定性分析和天文觀測（比如地球上繁衍了幾十億年的生命）都證明了限制性三體體系的穩(wěn)定解的存在性。 3．用解決二體問題的方法，也就是代數(shù)積分的方法被確認(rèn)不可能解決三體問題。 4．用計算機進行較長期的三體問題的數(shù)值計算是成功的。 5．三體問題的算法還大有可改進之處。畢竟，10^80000項的計算是太過于可怕了。 回到《三體》小說，有了“秦始皇”的“人計算機系統(tǒng)” ，算個簡化的三體問題還是可以的。不過，如果是小說中那種三個太陽的質(zhì)量差不多，而且相互距離也差不多的情況，他們面對的三體問題就不能簡化為限制性三體問題，計算的難度要大很多。不過，用計算機算出比較短時間的預(yù)測應(yīng)該是可行的。畢竟，天氣預(yù)報不一定非得要知道明年今天的具體天氣，能比較準(zhǔn)確知道一周天氣就不錯了（通常我們還只聽聽明天是否下雨呢）。三體人知道是不是該“脫水”或者“浸泡”就已經(jīng)很有好處了。用觀測不斷修正預(yù)測，至少對小的“亂世代”不用害怕了。 當(dāng)然，如果三體文明只是在I/II類文明的層次，不能通過移走恒星來釜底抽薪地解決三體問題。那么，“但重要的是改變世界”這句話就仍然是正確到了殘酷的地步，預(yù)測出“三星凌空”也無助于逃脫毀滅。 到目前為止，我們一直在用紙、筆還有計算機討論三體問題，用的都是演繹法。但不要忘了，科學(xué)方法里還有另一件更重要的武器：歸納法。我們可以用觀察和實驗，看看實際中的三體會是什么樣子。 由于在我們?nèi)粘５某叨壬?，萬有引力弱得可以忽略，只有到了天文尺度上，引力才顯出它的威力，比如地球把我們拉在地上不放。所以，在普通的實驗室里面實現(xiàn)三體系統(tǒng)是不行的。我們只能把視線轉(zhuǎn)向天空，去考察大自然為我們安排了什么樣的實例。 當(dāng)然，象我們已經(jīng)看到的，在太陽系里，已經(jīng)充分表現(xiàn)了限制性三體問題是有穩(wěn)定解的。但是，就基本同量級的三體又如何呢？我們可以來看看恒星。 銀河系里的恒星不下一千億顆，象太陽這樣獨居的恒星其實是少數(shù)。恒星們總的來說還是喜歡熱鬧的。雙星的數(shù)量非常多，而且很多都已經(jīng)是幾十億年的老伴侶了（比如下面要談到的南門二A/B），等于從實驗上證明了二體系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 而三合星也不少見，但是一般都是一對雙星再搭上一個遠(yuǎn)距離的單星。同樣，更多數(shù)量恒星組成的聚星，也多是由雙星和單星組合而成的。應(yīng)該說這也強烈地暗示了，大自然也認(rèn)為三體系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。畢竟，銀河系里的三體并不是理想的三體系統(tǒng)，一則恒星可以相撞而合并，二來，一旦一顆恒星被拋出太遠(yuǎn)，它就可能脫離體系而主要由銀河系的整體引力而控制了。通過這兩種方式，三體系統(tǒng)就變成了穩(wěn)定的二體系統(tǒng)了。 當(dāng)然，還有“四邊形聚星”這種系統(tǒng)，恒星彼此質(zhì)量相近，距離也都差不多。最著名的一個例子就是獵戶座大星云M42中心的四邊形聚星（用5厘米左右的望遠(yuǎn)鏡，放大率50～100倍就可以分辨開）。值得注意的是，這些四邊形聚星都非常年輕，比如獵戶座四邊形聚星，年齡就只有幾百萬年，對于天文學(xué)來說，這完全是嬰兒期。沒有發(fā)現(xiàn)年老的四邊形聚星，說明大自然認(rèn)為這種構(gòu)型也不穩(wěn)定，總歸會瓦解掉。 獵戶座大星云M42的中心區(qū)，圖中央的4顆亮星就是獵戶座四邊形聚星 有意思的是，N值再增大，比如N＝100級別的疏散星團或者N＝10萬級別的球狀星團，又是非常穩(wěn)定的力學(xué)體系了，年齡超過幾十億年乃至百億年的這些星團比比皆是。當(dāng)然，過于密集的結(jié)果就是碰撞很多，球狀星團中央就有大量碰撞后合并而成的亮星。 昴星團（M45），年齡約5000萬年，算是相當(dāng)年輕的疏散星團，約有100顆成員星 球狀星團M13，年齡超過100億年，成員星約有30萬 半人馬座α（南門二）三合星系統(tǒng) 毫無疑問，《三體》里面的三體人所居住的行星所在的系統(tǒng)的“生活原型”就是半人馬座α（南門二）三合星系統(tǒng)。 在地球的夜空中，南門二是全天第三亮星（僅次于天狼星和老人星），視亮度達(dá)到－0.27等。不過，對于大部分中國人來說，看到南門二的機會不大。南門二太靠南了（赤緯－60度），考慮到光污染，北回歸線以北的人不要指望能在地平線上看到它。（紅岸那個地方應(yīng)該是收不到南門二的信號的，當(dāng)然小說總可以引入其它機制） 用不大的望遠(yuǎn)鏡就可以把南門二分解成兩顆亮星，兩顆星的角距離在2000年時候約為14”，是我們看到的太陽的視直徑的1/120不到，大概是人眼分辨率的四分之一。而南門二的第三個成員，有名的比鄰星，就不是容易看到的了。它的亮度很暗，相當(dāng)于肉眼能看到最暗恒星的百分之一，必須用相當(dāng)大的望遠(yuǎn)鏡才能看到。比鄰星離開兩顆主星的距離也很遠(yuǎn)，視距離有2.2度，比太陽視直徑的4倍還要多。 我們先簡單看一下這三顆恒星的物理數(shù)值，并且和我們的太陽比較一下。 到地球距離（光年） 目視星等 絕對星等 表面溫度 總光度（太陽＝1） 半徑（太陽＝1） 質(zhì)量（太陽＝1） A：4.35 0.01 4.38 5800K 1.51 1.2 1.10 B：4.35 1.34 5.72 5300K 0.47 0.84 0.91 C：4.22 11.05 15.49 2700K 0.0017 0.19 0.11 （光度和目視亮度其實還是很有區(qū)別的，在此馬馬虎虎混淆一下） 明顯的，比鄰星離我們比兩個大哥哥要近不少。南門二是已知離太陽最近的恒星系統(tǒng)（距離更近而且還不被發(fā)現(xiàn)的可能性不大，《超新星紀(jì)元》里面那樣一顆巨星實際上是躲不過天文學(xué)家的），比鄰星就成了除太陽以外離我們最近的恒星?！昂?nèi)存知己，天涯若比鄰”，它就得到了這么一個富有詩意的中文名字。當(dāng)然我們下面將要看到，這個名字實在不適合它，它和太陽實在是一點也不像，和“知己”相去太遠(yuǎn)了。南門二的老大倒是和太陽非常相似。 扯遠(yuǎn)了，回到我們這個地球上來吧?，F(xiàn)在，“飛星”也下山了，這次，真正的夜晚終于來臨了，點點繁星灑滿了夜空。假設(shè)你熟悉星空（現(xiàn)在城市的孩子真可憐，銀河大概從來沒見過），這里的星空將是相當(dāng)熟悉的，沒有特別大的變化。這也是當(dāng)然的，畢竟從太陽到南門二A，我們的位置只移動了4.35個光年，并不是很大的距離。仔細(xì)觀察，有幾顆醒目的亮星的位置變化不小，比如天狼星。那是因為這些恒星離太陽的距離也很近（天狼星是8.6光年），移動4光年帶來的變化就不能忽視了。不過，最大的變化是很明顯的，這里的半人馬座的最亮星不見了。 哦，還想找南門二么？那兩個家伙都已經(jīng)下山了。另外，這里的仙后座多了一顆光輝燦爛的黃色亮星，能排到全天十大亮星內(nèi)。不要迷惑，這顆亮星就是我們所來之處：溫和而偉大的太陽。如果你是位天文學(xué)家，想考察太陽是否有行星的話，作為從那里過來的移民，我可以告訴你，太陽最大的行星叫木星，從南門二這里看，它離開太陽的角距離最大時候也不到4"，亮度只有21等，只有太陽亮度的一億分之一左右。直接觀測可能有些困難，但是用天體測量的方法，你應(yīng)該可以發(fā)現(xiàn)太陽的運行軌跡有點波浪形，從而推斷行星的存在。 太陽是顆溫和的恒星。它已經(jīng)維持目前的亮度50億年了，還將維持50億年。其亮度在這100億年里會緩慢增加，但是不會超過一倍。在人類有關(guān)于太陽的天文觀測記載以來，在可見光區(qū)域，它的亮度改變從未超過千分之一。南門二A，B也是這樣的溫和的恒星，穩(wěn)定而可靠，有著漫長的壽命。 等等，不是說南門二是個三合星系統(tǒng)么，老三哪里去了？比鄰星——南門二C實在是太暗了。即使是現(xiàn)在處于南門二A的地球上，南門二C離開我們的距離只有大約0.2光年（約12000個天文單位），仍然是亮不到哪里去。在夜空的繁星中，比鄰星不過是一顆很不起眼的暗淡的紅色恒星，肉眼勉強可以看到而已。由于表面溫度太低，它的顏色是紅色的，實際上，它的絕大部分能量都是以我們看不見的紅外線方式發(fā)出來的。但是，偶爾它也會突然引人矚目。比鄰星是一顆耀星，有時候在幾分鐘內(nèi)亮度可以突然增加幾倍，變成一顆相當(dāng)明亮的星星，然后又在幾分鐘后迅速暗淡下去。除此之外，普通人根本不會察覺到比鄰星和其它恒星有什么區(qū)別。而天文學(xué)家們會很快注意到它的距離很近，而且運行“相當(dāng)”快――大約50萬年到200萬年就可以繞著南門二A和B轉(zhuǎn)一圈。（偷偷說一句，不要太信任天文學(xué)家了，看看，僅僅是要他們測一個簡單的周期數(shù)據(jù)，誤差就可以達(dá)到4倍。而且，還有人認(rèn)為比鄰星只是個過路的，根本不是南門二的一部分。） 現(xiàn)在回頭來看，南門二雖然是個三合星系統(tǒng)，但是這個三體并不復(fù)雜，因為小弟弟離得實在太遠(yuǎn)了（是老大、老二之間距離的近600倍）。這個體系實際上是由一對很近的雙星加上一個很遠(yuǎn)的單星組成的。單星對雙星的運動沒有多大影響，而在處理單星的運動時，雙星完全可以當(dāng)成一個天體來對待。所以這個三體，用兩次二體問題就可以解決得相當(dāng)好。我們假想的地球完全可以舒舒服服過日子。 這么看來，南門二應(yīng)該是一個產(chǎn)生生命，甚至是智慧生命的好地方?？上?，就目前我們所掌握的觀測和理論來說，這個可能性都不存在。原因很簡單，按我們目前的認(rèn)識，生命總歸要產(chǎn)生于行星之上（那些更奇妙的生物，實在是完全出于想象，就不討論了）。而從觀測上，還沒有發(fā)現(xiàn)南門二A/B擁有行星的任何跡象。從行星形成理論上，南門二A/B是比較近距的雙星，在恒星形成階段，它們的引力會彼此干擾，使得塵埃和氣體沒有機會凝聚起來形成行星，接下來再把這些物質(zhì)清掃一空。相應(yīng)的太陽系里的例子是，木星內(nèi)側(cè)的小行星帶里，就沒能形成一顆大行星，而木星還時不時把一些倒霉的小家伙拉過來變成衛(wèi)星或者干脆吃下去。 南門二A/B雖然都足夠明亮，而且穩(wěn)定又長壽，和太陽一樣適合生命，但卻一開始就喪失了產(chǎn)生生命的舞臺。如果人類要飛出太陽系，向宇宙移民，南門二倒也是一個不錯的選擇。不過這將是一場自助游，我們得自備一顆行星帶過去。 順便說說，如果我們的太陽真的壽數(shù)已盡（比如《流浪地球》里面那樣），那么南門二可否當(dāng)作避難所呢？很可惜的是，如果我們目前對恒星的觀測和理論是對的話，結(jié)論還是不行。恒星的穩(wěn)定期和它的質(zhì)量是負(fù)相關(guān)的，質(zhì)量越大壽命越短（體重超標(biāo)的弟兄們還是減點肥吧）。南門二A的質(zhì)量比太陽稍微大那么一點兒，意味著它的壽命也會比太陽短一點。而且，從觀測到的各項指標(biāo)看，南門二比太陽本來就要老上一點。這么看來，太陽不行了的時候，南門二A已經(jīng)先頂不住了。 而當(dāng)太陽（以及南門二A）到達(dá)晚年時候會怎么樣呢？內(nèi)部核反應(yīng)的加劇和氦燃燒的進行（《流浪地球》里面那樣戲劇化的氦閃就不要輕信了），使得太陽半徑膨脹數(shù)百倍，超過地球軌道的半徑。表面溫度下降到4000K不到，但是由于面積大大增加，總的亮度會超過現(xiàn)在的太陽的1000倍。這時的太陽就成為一顆典型的紅巨星。離得近的行星會**脆氣化，遠(yuǎn)的也難逃被烤焦的命運。 如果南門二A變成紅巨星，即使是南門二B旁邊的行星也會被烤焦（就算“脫水”也不行）。而且，南門二A膨脹后接近于洛希半徑，南門二B將會乘機剝掉它的外皮并據(jù)為己有。此時，灼熱的氣體、塵埃和帶電粒子大量地由南門二A噴出，然后被南門二B吞噬。這將是一幅很壯觀的景象，不過對生命來說，則是毀滅性的。 當(dāng)然，如果人類能夠避免迅速的毀滅，撐到那么久遠(yuǎn)的未來，這種災(zāi)變興許就根本不算回事了。那個時候，也許我們早就可以玩弄恒星于指端了。
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