1.3 真实的三体世界有没有可能存在生命？

在刘慈欣的《三体》中，三体世界里居住着一群拥有高度发达文明的三体人；他们发明了包括智子和水滴在内的一系列黑科技，还一度占领了地球。那么在真实的三体世界中，是否有可能存在生命呢？

我们知道，恒星是生命的禁区。只要是恒星，其表面温度就能达到好几千摄氏度。在这种条件下，不管是什么样的生命都无法生存。

因此，三体世界要想拥有生命，关键是要有一颗适宜生命居住的行星。

那三体世界是否拥有这样的行星呢？答案是有。

2016年8月24日，在天文学界一直都很不起眼的比邻星，突然成为全球媒体关注的热点。因为在那一天，31位欧美天文学家在著名的《自然》杂志上发表了一篇论文，宣布他们在比邻星附近找到了一颗和地球差不多大小的新行星。

可能有些读者会觉得奇怪了，地球与比邻星之间相距4.25光年，在距离如此之远的情况下，这颗行星是怎么被发现的呢？

为了回答这个问题，我得先给你补充一点基础知识，讲讲什么是多普勒效应。

让我们从一个人的故事讲起，他就是奥地利物理学家克里斯丁·多普勒（图1.16）。

多普勒是一个相当倒霉的人。作为欧洲名校维也纳大学的博士，时运不济的他迟迟没能在学术界找到正式工作，只好在奥地利各地游荡，打各种各样的零工。直到30多岁，他才好不容易在一所不知名的大学谋到了一份教职。这所大学很喜欢压榨教师，给多普勒指派了山一样的教学任务，这让他相当痛苦。

39岁那年，多普勒写了一篇轰动学界的论文。几年后，成名后的多普勒得以重返自己的母校，并担任维也纳大学物理系主任。但遗憾的是，早年艰辛的生活已经严重损害了他的健康。最后，他只活到了49岁。

正是在那篇改变了自己命运的论文里，多普勒提出了著名的多普勒效应。

为了解释多普勒效应，让我们从一个在日常生活中相当常见的场景说起。常坐地铁出行的人应该会注意到一个现象：当列车进站的时候，它发出的汽笛声会变得比较尖锐；当列车出站的时候，它发出的汽笛声会变得比较低沉。

这个现象就可以用多普勒效应来解释。这个效应说的是，当某个物体靠近我们的时候，它发出的声波波长会变小，频率会变大；而当这个物体远离我们的时候，它发出的声波波长会变大，频率会变小。

多普勒效应不仅适用于声波，还适用于宇宙中所有的波。因为光本身也是一种波（即电磁波），所以它也满足多普勒效应。这意味着，如果某颗恒星正在靠近我们，它发出的光的频率就会变大，这称为蓝移；反过来，如果此恒星正在远离我们，它发出的光的频率就会变小，这称为红移。

知道了多普勒效应和蓝移红移的概念以后，现在就可以揭晓人类如何发现比邻星的行星了。图1.17就展示了其中的奥秘。如果比邻星真的拥有一颗行星，此行星就会与比邻星构成一个彼此绕转的两体系统。这样一来，当这颗行星离地球远去时，比邻星就会略微地靠近地球；此时，比邻星发出的光就会发生轻微的蓝移。反之，当这颗行星向地球飞来时，比邻星就会略微地远离地球；此时，比邻星发出的光就会发生轻微的红移。换言之，如果比邻星真的拥有一颗行星，它的光谱就会出现周期性的蓝移红移交替的现象。这种探测比邻星行星的方法，被称为径向速度法。

最早怀疑比邻星拥有一颗行星的人，是英国天文学家米可·托米。2013年，他写了一篇文章，讨论了比邻星光谱存在周期性蓝移红移交替现象的可能性。但由于观测数据的匮乏，他无法确定这个蓝移红移交替的周期。

2016年，欧洲南方天文台（简称欧南台）启动了暗淡红点计划（图1.18），利用欧南台放在智利的两台大型光学望远镜来观测比邻星的光谱。经过几个月的观测，以英国天文学家艾斯库德为首的31位科学家终于确定，比邻星光谱蓝移红移交替的周期是11.2天。这意味着，他们发现了一颗正绕着比邻星旋转且公转周期是11.2天的新行星。

这颗新行星，后来被人们命名为比邻星b。

这还不是暗淡红点计划带给我们的全部惊喜。通过对观测数据的深入分析，天文学家们发现比邻星b的质量约为地球质量的1.3倍，说明它肯定是一颗表面被岩石覆盖的固态行星。此外，它与比邻星的距离是日地距离的5%，这让它恰好位于比邻星的宜居带之内。换句话说，比邻星b与比邻星的距离适中，所以它像地球一样，表面温度能让水以液态的形式存在（图1.19）。

和地球差不多大小的固态行星，其表面还能允许液态水的存在，这不禁让人浮想联翩：“在比邻星b上，会不会真的有三体人呢？”

很遗憾，这回答案是否定的。现在人们已经确定，比邻星b其实是一片生命的荒漠。

为什么这么说呢？让我从你比较熟悉的太阳讲起。

太阳是整个太阳系能量的源泉。它只要有点风吹草动，地球都会天翻地覆。而太阳本身并不是特别稳定，它经常会发出太阳风暴（图1.20）。

太阳风暴包括两个组成部分，其中一个是太阳耀斑。顾名思义，太阳耀斑是指太阳表面突然急剧变亮的斑点。一旦发生了太阳耀斑，太阳发出的电磁波的能量就会急剧增强。另外一个是日冕物质抛射。也就是说，太阳能把它表层的物质抛向太空，从而形成所谓的太阳风（主要成分是一些能量极高的带电粒子，例如剥离了外层电子以后的氢原子核和氦原子核）。

为了便于理解，你不妨把太阳耀斑当成是太阳风暴中的闪电，而把日冕物质抛射当成是太阳风暴中的雨水。

一般情况下，太阳风暴不会对我们的生活造成太大的影响。这是因为地球有一个防御太阳风暴的屏障，那就是地球磁场（图1.21）。

在地球磁场的作用下，构成太阳风的高能带电粒子会发生偏转，从而跑到地球的两极地区。在两极地区，这些高能带电粒子会和高层的大气分子发生相互作用，从而形成美丽的极光（图1.22）。

这也是为什么在一般情况下，我们只能在地球两极地区看到极光的原因。

但是，正如地球上的台风能变得非常剧烈一样，太阳风暴也有可能会大幅增强。我们目前所知道的最强的太阳风暴，发生在2003年的万圣节前后，也就是所谓的万圣节大风暴。举个例子，在2003年11月4日，出现了有观测记录以来的史上最强太阳耀斑。这个耀斑的强度达到了惊人的X45⁽³⁾；换句话说，它在一瞬间内释放出来的能量，就相当于4500亿颗氢弹同时爆炸。而在这段时期，原本只会出现在地球南北两极的极光，却出现在了很多按理说根本不会有极光的地区。（图1.23）。

产生极光，并不是太阳风暴对地球的全部影响。在万圣节大风暴期间，一大半的地球通信卫星都由于大幅增强的太阳风而出现了不同程度的故障。此外，大幅增强的太阳风也让全球输电网络故障不断。

知道了太阳风暴的概念以后，我们就可以来讲讲为什么比邻星b是一片生命的荒漠了。

就像太阳能发出太阳风暴一样，比邻星也能发出比邻星风暴。

更要命的是，比邻星还是一颗耀星（图1.24）。这意味着，比邻星可以产生特别强的比邻星风暴。举个例子，2017年3月24日，天文学家就观测到了比邻星上爆发的一次超级耀斑。这次超级耀斑所发出的电磁波的总能量，比我们前面介绍过的那个史上最强太阳耀斑还要大好几万倍。要知道，比邻星b与比邻星之间的距离，只有日地距离的5%，所以这次超级耀斑对比邻星b的冲击，比万圣节大风暴对地球的冲击要大几十万甚至上百万倍。

如果这种强度的超级耀斑直接作用在地球上，足以把地球的大气层整体剥离（图1.25）。而一旦失去了大气层，地球就会变成第二个火星，其表面的液态水将会全部蒸发成水蒸气，并且逃逸到太空中去。

这就是比邻星b真实的命运。由于恐怖的比邻星风暴，比邻星b注定会变成一个既没有大气也没有液态水的生命荒漠。

我们已经介绍了比邻星b为何会变成一个没有大气和液态水的生命荒漠，那是不是所有的生命都完全不可能在比邻星b上生存呢？答案是，不见得。1.4节，我们将介绍一种有可能在比邻星b上生存的神奇生物。