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编者按："浩瀚的空天还有许多未知的奥秘有待探索"，为此，中科院之声与中国科学院国家空间科学中心联合开设“Calling太空”科普专栏，为大家讲述有趣的故事，介绍一些与空间科学和航天相关的知识。
电影《流浪地球》和电视剧、动画的《三体》，无疑为2023年的春节带来了许多惊喜。中国影迷们激动于影视工业酷炫的特效，同时也被刘慈欣与导演、编剧等的想象力折服。
科幻题材本是一个较为小众的方向，但也是最适合推出大魄力场景、展示电脑特效技术的领域。也许很多人上物理课昏昏欲睡，但是看到浩瀚空旷的宇宙星空、高速穿梭的宇宙飞船、天崩地裂的末日景象、一望无垠的机器人军队，还是会直观感受到一股自然和人类大工程的宏伟魅力（男生尤甚）。因此，就算对《流浪地球》《三体》没什么兴趣的普通人，可能也或多或少地听旁人说“水滴”“太空电梯”“行星发动机”，看到过一些片段。同时影迷们简直是如数家珍。今天，我们也就着影视的热度，聊一个普通人听到名字心里会犯嘀咕的问题——地球“流浪”到哪儿去，“三体”是哪三个体？
何谓“流浪地球”？
为不熟悉这部作品的朋友快速介绍一下。在《流浪地球》的世界中，太阳在短短100年后就发生名为“氦闪”的灾难，膨胀并吞没包括地球在内的许多星球。为了逃离这场灾难，且保留尽可能多的生命，人类最终决定把整个地球变成一艘太空船，建立上万个“行星发动机”用反推力推动地球，离开现在的位置，甚至飞离太阳系，到其他“太阳”的身边，重新定居。离开太阳时地表温度必然会大幅下降，但人类修建了地下城市。由于推动地球困难巨大、地下城市容纳人类数量有限，这需要集合全人类的资源，也发生了关于拯救地球方案的“路线之争”，但最终在世界各国许多人为了全人类的牺牲下，实现了地球的“流浪”。地球此行的目的地，被设定为距离太阳系最近的另一颗恒星——比邻星（Proxima Centauri）。
《流浪地球2》海报，图中展示了想象中的太空电梯（图片来自@电影流浪地球 官方微博）
三体人是谁？
如果说“流浪地球”是地球人的“内政”，“三体”就是地球的外部敌人。名为三体人的外星人是《三体》中的智慧文明种群，居住在距离太阳系4.24光年外的半人马座α星（Alpha Centauri），拥有比地球人更高的科技。三体人为了文明的延续，决定向外太空移民，并在得知人类的存在后，把移民目标设定为太阳系，向太阳系发射了名为“智子”和“水滴”的科幻武器，还派遣了舰队。最终三体文明被更高等的文明摧毁，幸存者在太空中流浪，与“流浪地球”倒有几分相似。
《三体》海报（来自@三体电视剧 官方微博）
三体的“半人马座α星”与流浪地球的“比邻星”是什么关系？
流浪地球向太阳系之外飞去，三体舰队向太阳系内飞来，同为刘慈欣的小说，这两本书竟然联系起来——半人马座α星实际是由3颗恒星构成的三体星系，比邻星就是其中的一颗恒星。
在南天星座中，半人马座（Centaurus）是一个巨大的明亮星座。半人马座位于长蛇座以南，豺狼座与船帆座之间，我国只有南方几个省份在春天的晚上才能看到。在希腊神话中，半人马是一种奔跑迅速，武艺高强的生物，甚至有些是拥有大智慧的贤者。其中，喀戎（Chiron）就是一位非常受人尊重的半人马，希腊神话中有许多大英雄是他的学生，例如忒修斯（Theseus）、阿喀琉斯（Achilles）、伊阿宋（Jason）、赫拉克勒斯（即海格力斯，Heracles）等。传说中半人马座就是喀戎死后被宙斯升上天空变成的。
半人马座中有许许多多的星体，其中最亮的就是半人马座α星，中国星名“南门二”，在二十八宿系统中，南门二是角宿的一部分，在《史记·天官书》中有提到“南门二星，在库楼南，天之外门”。它的视星等约为0等，是夜空中最亮的星星之一。半人马座α星是距离太阳最近的恒星系，只有4.24光年（约277,600天文单位）。然而，这个星系中并不是一颗恒星，却是三颗。正如我们提到的，比邻星就是其中的一颗。
星空当中的半人马α星（Alpha Centauri）中有两颗明亮的恒星（A和B，下图左）和实际亮度要暗得多的比邻星（Proxima Centauri，下图右）
比邻星在“三体”中处于什么轨道、什么位置？
用望远镜初看它是两颗亮星，也就是A星和B星。A星绝对星等为4.45等，视星等为0.01等，B星绝对星等为5.71等，视星等为1.33等，它们个头大、亮度强，看上去像是一对轨道相互缠绕的双子星；而C星也就是比邻星，是一颗红矮星，绝对星等为15.49等，视星等约为11等，可以说是肉眼无法看到的非常暗淡的星星，在距离A与B星大约13,000天文单位（约0.211光年）远处伴飞，通常被认为也是半人马座α星这个恒星系的一部分。
这三颗星的亮度不同，是因为它们处于恒星不同的阶段。A星是G2V型主序星，黄色，半径为太阳的1.3倍，表面温度5800开，光度为太阳的1.5倍，质量是太阳的1.1倍；B星是K1V型主序星，红色，半径为太阳的0.84倍，表面温度5300开，光度为太阳的0.47倍，质量为太阳的0.91倍；C星也就是比邻星是M5V型红矮星，是距离太阳最近的恒星，半径大约是太阳的1/7，质量约为太阳的1/8，表面温度大约3000开，确实是一颗很黯淡的小星星。
半人马α星（Alpha Centauri）中的3颗恒星与太阳的体积对比（来源：https://i0.wp.com/www.drewexmachina.com/wp-content/uploads/2016/08/centauri_system.jpg）
在这样一个三体星系中，A和B两颗星由于质量大得多，它们围绕各自对方为中心旋转组成了转动周期为80.089年的双星系统，比邻星则绕着它们公转，偏心率约为0.5179。但是，比邻星再小也是一颗恒星，拥有巨大的引力，因此三体的轨道并不是简单的两层圆轨道嵌套，而是互相影响、不断发生微小变动的，这也是“三体人”遇到的难题之一。
三体引力问题，长期以来是物理学和数学中的一大难题，更不要说多体问题。咱们对于太阳系中的天体不太常讨论这个问题，是因为太阳系中的太阳是个巨无霸，各种星球的质量对于太阳来说都是九牛一毛，三体问题带来的轨道变化微小到可以忽略不计，其问题简化了很多。但是，茫茫宇宙中多得是“半人马座α星”这样复杂的星系。希望有朝一日，我们的数学工具能足够发达，帮助我们地球人解决这一精妙的问题。
来源：中国科学院国家空间科学中心
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