如果太阳系是一个双恒星的星系，那地球应该是一个什么样的世界？
如果太阳系是一个双恒星的星系，那地球应该是什么样的运转轨道，地球人的生活会是什么样的？
Mandelbrot，飞羽觞而醉月
如果太阳和另一颗恒星构成一个双星系统，地球和上面的生物以及人类文明肯定会和现在完全不同。在这篇回答中，我准备详细讲述我想象中的双星地球上，人类文明的命运。不过，在详细分析这个问题以前，我们有必要先了解一下双星。（如果你只想看科幻，可以直接跳到第3节）1. 双星双星（double
stars）是指从地球上观察，距离非常接近的两颗恒星。用肉眼观察，双星好像是一颗星，但是用望远镜就可以分辨出来。从这个定义，你也许已经看出问题了：从地球上观察宇宙，所有的星星都被映射到一个被称为天球的二维曲面上，所以看起来很近的星星实际上可能距离很远。这样的双星叫做光学双星（optical doubles），对天文学意义并不大。我们真正感兴趣的是联星（binary
stars）—— 距离很近，被双方的引力作用束缚在一起，相互围绕旋转的双星。根据发现联星的方法，可以把联星分为以下类别。目视联星（visual
binaries）：依靠望远镜就可识别的联星。非目视联星（non-visual
binaries）：望远镜无法识别，需要采用更专业的方法才能分辨的联星。下面简单介绍一下用几种不同的方法识别的联星。食联星：如果两颗恒星的轨道平面和地球观察者的视线方向几乎在一条直线上，从地球的角度看，两颗恒星就会相互遮挡，造成周期性的亮度变化。图片来在上图中，当两颗恒星都在观察者视野中的时候（1和3），亮度最高；当亮星遮挡暗星的时候（2），亮度次之；当暗星遮挡亮星的时候（4），亮度最低。通过这样的周期性亮度变化，可以发现联星。光谱联星（spectroscopic
binaries）：相互围绕旋转的恒星总有一颗远离我们，而另一颗向我们运动。这种运动可以通过光的多普勒效应辨别。你也许有过这样的经验，但火车拉响汽笛向你疾驰而来的时候，它的汽笛声调比平常高，这是因为声源向你运动使声波压缩，频率升高的原因。而当火车远离你而去的时候，它的汽笛声调比平常低，这是因为声源远去把声波拉长，频率降低的原因。光也会有多普勒效应。当一颗恒星向你运动，它发出的光会被压缩，在光谱上向高频段运动。在视觉上，这样的光会偏蓝，所以这种现象叫做蓝移。反之，当一颗恒星远离你运动，它发出的光会被拉长，在光谱上向低频段运动。在视觉上，这样的光会偏红，所以这种现象叫做红移。天测联星（astrometric
binaries）：有时候会发现一颗恒星会围绕一个空无一物的位置摇摆，天文学家就会推测那个地方有一个发出很微弱的电磁辐射的天体，如中子星，或完全没有电磁辐射的天体，如黑洞。这种方法也用于检测恒星系中的行星，但是由于行星和恒星质量差异巨大，找到行星要困难得多。组成联星的两颗恒星一般亮度差异比较大。我们通常把亮度较高的一颗叫做主星（primary star），而把另一颗叫做伴星（secondary
star）。主星和伴星的轨道周期范围很大，短的只有几个小时，长的可以长达几十万年。（注：“双星”这个名字包括了由于引力作用相互围绕旋转的联星和并无引力关系的视觉双星。在习惯上很多时候提到双星的时候，实际上就是指的联星。遵从这个习惯，下文中我们都用“双星”。）大多数双星都诞生于同一片原始星云的双胞胎，只有少数是在浪迹天涯的路上相互吸引而走到一起的结义兄弟。后面这种情况十分少见，因为恒星之间的相对速度通常很大。要形成双星，需要第三颗恒星的加入，形成一个短命的三体系统。然后，这个多余的恒星带着多余的动能被一脚踢开，剩下两颗恒星就可以在稳定的轨道上跳起永恒的太空圆舞曲了。在理想状态下，两颗恒星围绕它们的共同质心在圆形轨道上公转。它们之间质量的差别决定了轨道的形状。下面是一些例子（图中的十字是共同质心的位置）。图片来自然而，这样的理想状态并不多。宇宙中总是充满了各种引力干扰，比如路过的恒星，银河系旋臂等等。每一次轻微的推动都会让它们的轨道变形。双星的真正轨道都是各种各样的椭圆形。图片来自
双星系统中的行星两种不同的双星系统以不同的方式构造自己的行星家庭。如果两颗恒星距离很远，它们可以有自己的行星。一颗恒星对另一颗恒星的行星影响甚微，所以我们可以把它们看成相互独立演化的恒星系。如果一颗行星离自己的恒星的距离小于离另一颗恒星距离的1/5，它就可以稳定地运行在自己的恒星系这个避风的港湾。如果超过这个距离，它就会陷入两颗恒星引力的漩涡，最终的归宿只能是被抛出恒星系称为一颗流浪行星或者被恒星吞噬。在这个前提下，两个恒星系的规模都不会太大。离我们最近的南门二（半人马座α星），也就是《三体》中的三体恒星系统，就是这样一个例子。其中两颗主要恒星和太阳质量接近，它们在一个高偏心率的椭圆轨道上运行。两星之间的距离在11.2到35.6个天文单位（天文单位指地球公转轨道半径）之间，所以它们不可能有像木星或土星这样的气态巨行星。这是因为，根据现有的恒星系演化理论，气态巨行星只能在里恒星较远处才能形成。即使它们有类似地球的岩质行星，也很可能会因为气态巨行星的缺席而无法吸引彗星，所以会缺乏水分而无法孕育生命。顺便提一句，南门二实际上是一个三合星系统。第三个成员，比邻星，是一颗暗淡的红矮星。它运行在距离中心0.2光年的遥远角落，对聚光灯下的两个主要成员没有明显的引力作用，所以并不导致三体问题的混沌效应。如果两颗恒星距离比较近，行星就会围绕两颗恒星公转。天文学家对这样的行星很感兴趣，给它们取名叫环双星行星（circumbinary planets）。我想大家也会对它们感兴趣，因为在这样的行星上我们会看到两个太阳的壮观景象。而前面那一类行星却没有一个像样的名字，我们只好把它们叫做非环双星行星（non-circumbinary planets）。环双星行星的主要威胁是在中央运行的两颗恒星，所以只有在远离恒星的地区才能找到稳定轨道。据NASA的开普勒团队的数值模拟，只有当行星的轨道半径超过双星之间距离3.5倍以上，行星才能运行在稳定轨道。环双星行星的形成过程和单恒星系（如太阳系）中的行星形成过程有很大差异。根据现在的行星演化理论，恒星和行星诞生于同一团原始星云。恒星点燃核聚变的历史性的一刻，爆发出强烈的恒星风，把剩余的原始星云吹向远方。距离恒星较近的地区只剩下了密度较高的尘埃。这些尘埃就是形成岩质行星（如水星，金星，地球，火星）的原材料。而离恒星较远处，随着恒星辐射能量密度降低，水可以以固态存在。在这条恒星系的“雪线”以外，恒星风减弱，大量气体，尘埃和冰晶聚集，很容易形成气态巨行星（如木星，土星）和冰巨星（如天王星，海王星）。这就是太阳系行星分布的大致原理。把这个原理应用到双星系统中，天文学家们得出了两条推论：在环双星系统中，类似地球的岩质行星是不存在的。这是因为创造行星是一个非常精细的过程。原始行星的形成依赖于尘埃的碰撞和聚集。小规模的尘埃团引力十分弱小，很容易在强烈的碰撞四分五裂，各奔东西。在单恒星系统中，大量尘埃沿着相同的轨道公转，彼此之间相对速度很小，才能慢慢成长成原始行星。而在距离双星很近的区域，不规则的引力扰动十分频繁，尘埃聚集十分困难。即使有聚集的尘埃团，也很容易被引力扰动一脚踢散。 气态巨行星和冰巨星都在距离恒星较远处。这一点和单恒星系统（如太阳系）是一致的。开普勒望远镜的观察结果符合上面的第一条推论：目前观察到的环双星行星确实都是气态巨行星和冰巨星。被颠覆的是第二条。几乎所有行星都在距离双星很近的地方，有的甚至就在稳定轨道区的边缘徘徊。再往前一步，就是万劫不复的深渊。对于这个令人尴尬的发现，天文学家找到的解释是：行星轨道迁移。这个概念并不新鲜。在太阳系中，天王星和海王星应该就诞生于木星轨道以内，随后在与木星和土星的引力角逐中被扔了出去。而现在发现的环双星行星应该也是从远处迁移进来的。双星系统的奇妙之处就在于，行星们明智地在合适的地点纷纷停下了脚步，在悬崖边上安居乐业。针对双星系统的计算机模拟也证实了这种猜想。然而，不能孕育岩石行星却是一个巨大的遗憾，那就意味着天行者卢克不能站在塔图因的大地上看两个太阳的日落了。图片来自美国的天体物理学家Ben Bromley 和Scott Kenyon 提出了不同的看法。他们认为，在双星系统中，原始行星核会自动寻找到稳定的椭圆形轨道，而不会相互激烈碰撞。这样它们就有机会逐步成长为岩质行星。这个新颖的观点能否得到认同，将取决于开普勒望远镜在将来能否找到环双星的岩质行星。在本文中，我们暂且采用这种观点。这样，双星系统中就会有我们熟知的所有类型的行星了。
非环双星系统中的地球如果地球在一个非环双星系统中，也就是说地球围绕双星中的一颗恒星公转，会对生命和文明造成什么后果呢？
3.1 理想状态我们首先来考虑一种理想状态： 地球仍然围绕太阳运行在现在的轨道上。太阳的伴星是一颗和太阳质量相当的主序星。两颗恒星距离120天文单位，按照圆形轨道相互围绕旋转。在这样的假设下，太阳系中20天文单位以内的行星都可以幸存。最外围的行星是土星，而天王星，海王星和柯依伯带都已经阵亡，奥尔特云也早已烟消云散。结合太阳系行星演化理论，我们在这里做一个粗略的猜测。木星，土星，天王星和海王星在太阳系的雪线外围形成。雪线以内，水星，金星，地球和火星相继诞生。地球与行星忒亚碰撞后，两颗行星合并。碰撞的残骸形成了月球。木星和土星的巨大引力干扰阻止了雪线附近的行星生长，留下了大量小行星。木星和土星把半数的小行星抛到外围。这些本应该形成柯依伯带的小行星无法对抗双星的引力干扰，它们有的飞向茫茫太空，有的愤然掉头冲向太阳系内部，对所有的行星进行持续上亿年的大轰炸。木星和土星形成稳定的共振轨道，把天王星和海王星抛到双星系统的不稳定区。它们在两个恒星系之间徘徊一段时间后，依依不舍地黯然离去。随后，行星轨道保持稳定，迁移速度十分缓慢。大轰炸事件是地球生态环境发展历程上的重要环节，因为它给地球带来了生命的必要元素：水。地球本身通过火山爆发等过程能够积累少量的水，但是远远不及陨石和彗星带来的水量。在一个双星系统中，大轰炸比真实的历史更加猛烈，大大增加了地球的水量。所以地球的海洋面积应该比现在略大。经历了初生的阵痛之后，太阳系进入了一个宁静的发展期。由于少了柯依伯带和奥尔特云，彗星几乎没有了，陨石也会大量减少。这对地球的生物圈来说是个好消息，但是我估计总体来说，影响是有限的。我们无法估计来自天外的灾难对地球生命的演化有多大的影响。地球上曾经发生过多次大灭绝事件，但是原因大部分来自地球内部。6500万年前的陨石撞击是白垩纪-古近纪大灭绝事件的重要因素，但不是唯一原因。即使没有陨石撞击，灭绝事件仍然不可避免，恐龙和大量陪葬的物种仍然会灭绝，只是来得晚一些，过程慢一些而已。当然，如果陨石撞击大大减少，我们现在看到的生物圈肯定会有明显不同，但还是可以乐观的估计，智人仍然成功地登上了历史舞台，创造出了辉煌的人类文明。进入人类时代后，历史进程按部就班的前进。人类进入除南极洲外的所有大陆；海平面下降，大陆隔离，各地的人类文明独自发展。欧亚大陆的国家由于占有了得天独厚的自然条件，在文化和科技等方面大大领先；而人类的发源地，非洲，却因为大陆南北走向，气候差异太大，而无法顺利发展农业；美洲大陆的文明更是因为缺少可驯养的大型动物而举步维艰；与世隔绝的澳洲大陆上，上万年来不但毫无进展，甚至连祖辈带来这片大陆的技能都丧失了。航海技术的成熟导致了分离多年的文明大碰撞，落后的文明更加落后，甚至消失；领先的文明占领了地球上多数的生存空间。最后，人类发展到了现代社会，人类可以坐在家里刷知乎；也可以去动物园参观长相比较逆天的动物；无人驾驶的小车在火星上漫游。当然，这不一定是21世纪，可能更晚，也可能更早。在地球的夜空中，太阳的伴星是一颗十分奇特的天体。它的亮度很高，远远超过满月，在白天也清晰可见，在夜晚更是无法直视。古代天文学家查看千年的观星记录，发现它在星空背景中慢慢移动，表现出和行星一样的特性。但是，当近代天文学家用望远镜清晰地看到土星的光环的时候，这个奇特的天体仍然遥不可及。最后，现代的大型望远镜告诉人们：它是太阳的伴星，质量和太阳相当，它的周围运行着4个行星：包括两个气态巨行星和两个在可居带中的岩质行星。其中一颗岩质行星质量太小，无法维持大气层，但是另一颗比地球略大，是一颗理想的生命行星。人们把它叫做地球2.0。无论在哪个时代，这都是爆炸性的新闻：宇宙中的智慧生命很可能就在我们家门口。人类社会中充斥着对外星人入侵的恐慌和对新世界的期盼。在得到确切的证据以前，这样的争论会持续上百年：太阳伴星的行星中，有没有会威胁人类生存的智慧生命？回顾上面的讨论，我们不难看出，人类文明能走到今天，依赖于3个因素：行星的形成和演化。地球生物圈的形成和演化。人类文明的发展进程。诞生于同一团原始星云的两个恒星系可以说是站在同一条起跑线上，但是上面三点都是高度复杂的混沌系统，轻微的变化经过上亿年的积累也会产生天翻地覆的蝴蝶效应。任何一个意外都可能使发展进程延后上万年甚至导致文明的夭折。所以，两个文明的发展程度势均力敌的概率肯定是微乎其微的。在冲突发生的时候，科技落后上万年无疑就意味着灭顶之灾。人类完全无法估计伴星系中是否有文明，或者它发展到了什么程度。那里可能是火星一样的荒漠，金星一样的炼狱，也可能面目狰狞的外星人正在登上战舰，准备征讨地球。悬在头顶的达摩克里斯之剑会大大促进地球文明的发展。任何国家民族之间的争端在整个人类生死存亡的危机面前都是微不足道的。所有国家都会团结起来，集中力量发展基础科学，太空和军事技术，以应付随时可能到来的星球大战。尤其是当新的行星探测技术告诉人们，地球2.0的大气层含有丰富的氧气和水蒸气，几乎可以肯定是一颗生命星球的时候，地球上的主要国家甚至停止了所有不必要的开销，全力发展可以帮助星际作战的科技。唯一值得宽慰的是，所有对准地球2.0的射电望远镜都没有探测到电磁波信号。当无人探测器最终降落在地球2.0的时候，发现上面有一个成熟的生物圈，但是并没有丝毫文明的痕迹。这一次，地球2.0落后在生物圈的演化上，没有及时发展出智慧生命。这是一个皆大欢喜的大圆满结局：危机解除，人类发现了新世界。轰轰烈烈的太空大航海时代拉开了序幕，人类在两个恒星系建立大量殖民地，并且准备探索真正的星辰大海。希望在这里看到一场波澜壮阔的星球大战的知友也不要失望，毕竟这篇回答不是一部太空史诗式的科幻小说。不过，好戏还在后面。
3.2 椭圆轨道上的双星系统上面分析的是一种理想状态，两颗恒星在接近标准的圆形轨道上面运行，双方的距离基本上上保持恒定，所以对对方的行星影响很小。然而在真实的宇宙中，总是会有各种扰动让它们的轨道变形。轨道就会越来越扁，最终形成一个偏心率极高的椭圆形轨道。在这个系统中，任何参数的微小调整都会造成巨大的变化，所以这里有无穷无尽的可能。我们分析两种典型的状态。
3.2.1 周期性会面的恒星系第一种状态，我们仍然沿用前一节的设置：两个太阳和各自的行星系统。当它们的轨道逐渐变得椭圆的时候，旋转周期会变长。我们假设双星轨道半长轴为100天文单位，半短轴为25天文单位。这样两颗恒星距离最远的时候为173.2天文单位，而距离最近的时候仅为26.8天文单位。它们的轨道周期可以用以下公式计算：其中a是两个椭圆轨道半长轴之和，G是万有引力常数，M1和M2分别是两个恒星的质量。代入数据，我们可以算出它们的轨道周期是47793年。也就是说，每隔47793年，两颗恒星就会隔着26.8天文单位的距离上会面一次，然后分道扬镳。这时候，行星的安全轨道在离自己恒星5.4天文单位以内。在人类出现以前的几十亿年中，这种会面已经发生过很多次，所以，木星和土星早已经和太阳系告别了。小行星带就是太阳系的边界。假设下一次会面发生在并不遥远的将来。届时，人类的太空航行技术比现在略高，载人飞船可以毫不费劲的飞到太阳系的每一个角落。基于这个假设，太阳伴星在过去的两万多年内一直在向太阳系运动。在人类文明的一万年历史上，古代天文学家应该早就注意到了这个奇特的天体：它在夜空中无比明亮，远远超过满月的亮度。通过查看数千年的天文记录，人们也不难看出：它在夜空中慢慢移动，并且亮度一直在增加。无疑，这是一颗向我们走来的星星。现代的天文观测告诉人们准确答案：太阳伴星将在不远的将来，带着自己的行星来到距离太阳26.8天文单位的位置与我们会面。并且，它的地球2.0是一颗生命星球。这个消息在人类社会造成的恐慌甚至会超过前一节中的情形，因为人类失去了遥远距离的屏障。从某种程度上说，入侵的外星人可能已经在路上了。它们之所以在过去没有发动侵略，很可能是在等待双方距离自然靠近，以便节省燃料。人类的反应还是一样：不遗余力的发展科技，准备星际战争。然而遗憾的是，留给我们的时间太短，不足以建立一支有战斗力的太空舰队。人类只能静静地等待那看不见的命运之手揭开底牌。幸运的是，外星人入侵并没有发生。劫后余生的人类向地球2.0发射了载人飞船。飞船没有在地球2.0着陆，只是从低轨道考察了整个行星，并用无人飞行器对部分地区进行了近距离观察。传回来的报告是，这确实是一个文明星球（在这部分我们稍微更改一下前一节的设定），上面布满了大大小小的城市。只是这里的智慧生命的文明程度只相当于人类文明的铁器时代，远远不能发动星际侵略战争。这一次，人类仍然是幸运的，外星人输在了第三条：文明发展的进程上。图片来自双星会面时距离很近，根据开普勒定律，在这个位置上它们的运动速度很快。所以，会面时间可能只有短短几十年。而人类决定进行载人探索的时候，已经接近双星会和的最后阶段了。以人类的航天科技，只能进行一次载人探索。然后，人类目送太阳伴星带着它的行星们扬长而去。惊魂初定，下一步的战略又成了整个人类社会争论的焦点。下一次双星会面将发生在四万多年以后。整个人类文明历史还不到一万年，虽然现在人类领先了，但是文明发展进程充满了不确定因素，谁又能保证四万多年以后还能保持领先呢？ 如果外星人确信自己已经领先，那么不用等到下一次双星会面，我们就会迎来铺天盖地的外星战舰。鸽派的观点认为，两个恒星系有足够的空间容纳两个文明，人类应该和地球2.0的文明建立友好关系。好勇斗狠的态度不利于人类文明在宇宙时代的长远发展。但是这样的观点并不能得到多数人的支持。首先，人类并不了解地球2.0的智慧生命的天性。其次，即使他们暂时是爱好和平的，人类也必须永远保持科技和武力上的优势。这一点没有人能够保证。而且，最近一个世纪以来，为了以最快的速度备战，人类已经中断了文化，艺术和一些不重要的学科的发展。长此以往，人类文明肯定是后继乏力的。 最后，鹰派的观点占据了压倒性的优势：人类的生存高于一切。我们应该继续发展星际战争力量，以最快的速度建立太空舰队，占领地球2.0。当然，这并不意味着对原住民实行种族灭绝。它们将会居住在指定的保护区内，保留它们自己的生活方式。两百年后，人类太空舰队踏上了太阳伴星系的征程。此时，即使地球2.0的外星人已经进入了热兵器时代，它们应该也是不堪一击的。所以，故事最终回到了和上一节同样的结局。
3.2.2 太阳伴星——复仇女神在前面的故事中，我们假设太阳伴星和太阳的质量十分接近，所以它们能够拥有自己的行星系统。这种情况在宇宙中并不多见（南门二就是这样一个例子），更多的情况是，两颗恒星相差比较大，比如一颗像太阳一样的主序星和一颗暗淡无光的红矮星。一种比较极端的情况是，太阳伴星是一颗隐匿在黑暗中的棕矮星。棕矮星被称为“失败的恒星”。它质量很小，在木星质量的80倍以下，不足维持氢核聚变，成为真正的恒星。但是，它可以通过氘或者锂聚变反应产生微弱的红外线辐射。如果太阳伴星是一颗棕矮星，和太阳相比，质量非常小。在它们的轨道上，太阳的运动基本上可以忽略不计了，而太阳伴星可以算是在围绕太阳公转。在地球46亿年历史上，发生过很多次大大小小的灭绝事件。如果把这些灭绝事件放在一起，我们隐隐约约可以看出一点规律。下图描绘了在不同历史时期生物多样性降低的情况。我们可以看出一个大致的周期。图片来自下图显示了灭绝事件中物种消失的比例。在这张图中，周期性更明显了。图片来自这个神秘的现象让很多生物学家相信，地球上的灭绝事件按照2600万年的周期重复发生。好像有一种神秘的力量定期出现，抹除地球上的主要物种，为新物种让出舞台。地球内部的力量无法为周期性灭绝提供解释。于是科学家把脑洞开到了太空：太阳有一颗棕矮星或红矮星伴星，在一个偏心率极高的椭圆轨道上围绕太阳旋转。按照它的公转周期可以算出，它的轨道远端距离太阳1.5光年，在奥尔特云之外。当它进入太阳系时，它的引力会对奥尔特云中的天体产生扰动，导致大量彗星和小行星随之进入内太阳系，对所有行星进行轰炸。彗星和陨石对生物圈具有惊人的破坏力。如果这个理论是真的，那么周期性灭绝也就不足为奇了。这个太空中的神秘杀手被称为复仇女神（Nemesis）。然而，对复仇女神星的搜索并不顺利。从80年代到21世纪初，不同团队的多次搜索都失败了。同时，多数古生物学家逐渐形成了共识：大灭绝事件并不具有周期性。于是，复仇女神星的假设也就无疾而终了。在这个回答中，我们不妨沿用这个理论：复仇女神星真的存在。地球当然是不用担心的，面对太阳系早期的大轰炸事件，地球也照样谈笑风生。需要担心的是人类自己。在这种假设下，周期性的灭绝事件也是真实的。为了增强戏剧性，我们不妨把灭绝事件的周期设置为1000万年。我们来看看一颗那颗灭绝恐龙的小行星撞击地球的情景（下面的文字摘录自 ）。当那颗直径约10公里的陨石掉进大海的时候，巨大的热量把周围的一切都气化了。地壳中的岩石被熔化然后大量抛向空中。冲击波和带着100米巨浪的海啸迅速杀死了距离陨石1000公里内的所有动植物。熔岩碎块冲出了大气层，环绕地球运行然后回到大气层。几个小时以后，它们造成了覆盖了整个地球的火雨风暴。整个地球表面都成了烈火炼狱。烈火燃烧掉了全球的植被，同时杀死了无处躲避的动物。这时候，地球上70%的生物已经死亡了。幸存下来的生物面临一连串严峻的考验。首先是6到8个月的黑夜。大量的灰尘直冲云霄，进入平流层，蔓延覆盖 全球，并遮住了阳光。依赖光合作用的植物陆续死亡。其次是酸雨。尤卡坦半岛是一个十分糟糕的陨石着陆点，因为这里的地层中含有大量的硫。陨石的冲击产生了大量二氧化硫，在全球范围内造成了持续的酸雨，又一次造成了残余的植物大量死亡。食物链彻底崩溃了。食草动物和食肉动物陆续遭到了灭顶之灾。最后的打击是全球变暖。陨石同时也释放出了地层中大量的二氧化碳。在冬天过去之后，开始了强烈的温室效应，让气温很快升高了20度。这一次的全球变暖持续了数百年。它的后果是生态圈的完全崩溃。地球上的多数地方成为了荒漠。到了这个时候，恐龙，已经完全灭绝了。这样规模的灭绝事件对地球生物圈造成旷日持久的破坏。生物多样性需要1000万年以上的时间才能恢复。在复仇女神星的暗中操纵下，多数灭绝事件都能达到这个程度。地球真正成了一个你方唱罢我登场的大舞台。今天的人类在这种灾难面前肯定束手无策，只能和其他众多物种一起走向灭绝。今天的人类社会十分复杂，各个环节之间依赖程度很高。我们的生活要求所有环节正常运行，一点点风吹草动（如停电，交通中断，作物歉收等）都会造成极大损失。灾难之后的上百万年时间，地球上都是由一片凄风苦雨的景象。即使部分人躲在地下掩体逃过一劫，也无法长时间生存，更不用说延续文明了。下面继续我们的故事。一次大灭绝事件以后，一支灵长类的小型猿类侥幸没有完全灭绝。它们艰苦在极端气候下熬过了一百万年，终于守得云开见月明，迎来了全球生态环境复苏。它们走向各种不同的生态环境，演化成不同的形态。灭绝事件600万年后，一支世代居住在雨林的猿类由于气候变化，开始了在热带草原的生活，并且逐渐习惯了直立行走。灭绝事件750万年后，它们学会了用石头制作粗糙的简单工具。灭绝事件880万年后，它们的毛发逐渐退化，并且学会了制作更精致的工具，猎杀更大的动物。灭绝事件850万年后，它们学会了用火加工食物。灭绝事件990万年后，它们具备了抽象思维和文化创造力，开始在艺术，音乐，仪式等方面的尝试。从这一刻开始，我们可以把他们叫做现代人类了。（注：他们虽然也是由猿类进化而来，但是和我们并不是一个物种，进化历程也有所不同）在这个过程中，不断有群体离开它们生长繁衍的大陆，去探索新世界。然而，这些早期的开拓者们最后都因为不同的原因灭绝了。最后，在灭绝事件后990万年离开旧大陆的人类散布到地球的每一个角落，建立了人类文明。但是，他们并不知道，留给他们的时间只有10万年了。9万多年以后，人类进入了现代社会。现代地质学和古生物学让他们认识到，不同地层中的化石来自不同时代的古生物，它们都已经灭绝了。然而，真正让他们震惊的是，地层中还出现了1000万年以前的史前文明遗迹，比如建筑物的废墟，机器的残骸，以及它们的主人的化石。这是一种犬科动物进化而来的智慧生命。从这些遗骸分析，它们的文明发展到了蒸汽机时代。继续挖掘更深的地层，人们发现了另一个史前文明，它是有一个爬行类的智慧生命建立的。在灭亡的时候，它们发展到了电气时代。再往深处，更古老的智慧生命被陆续发现。当然，不是每一个1000万年都有文明出现。周期性灭绝定律自然而然地浮出水面。但是这不仅仅是生物的灭绝周期，同时也是文明的灭绝周期。更恐怖的是，按照底层年代计算，下一个灭绝的时刻已经到了。大灭绝随时可能发生。自从有天文学家提出周期性灭绝的原因可能是太阳伴星复仇女神，所有的天文望远镜就开始扫描太阳系周围每一个可能隐藏。不久，已经穿过奥尔特云，向太阳系疾驰而来的棕矮星就在红外线望远镜下现出了本来面目。据计算，彗星和陨石的狂风暴雨将在100年后抵达地球。面对迫在眉睫的灭世灾难，人类应该何去何从，这自然又成为了人类社会议论的焦点。比较有代表性的观点有以下几种。发展宇航科技，在灾难来临以前离开地球。虽然从现在的人口数量来看这并不现实，但是面对灾难，人口出生率必定会大幅度下降，毕竟把更多的孩子带到这个注定要灭亡的世界是没有意义的。这种观点的缺点也很明显。首先，离开地球后，人类的新家在哪里？虽然已经人类发现了一些太阳系外的行星，但是对它们的细节一无所知。100年后能不能找到另一个地球？第二，即使能够找到，那也需要上千年的太空旅行。人类能够在太空中生存，并且解决太空中的种种未知的危险吗？最后，100年的时间够不够获得足够的科技和工程力量来制造可以维持大量人口的飞船，这一点谁也无法保证。发展小行星拦截技术，避免任何具有破坏性的小行星撞击地球。这种观点获得了最多的支持。然而，它的风险也很高。能不能在100年内发展出有效的拦截技术不说，就算有了这种技术，谁又知道小行星到来的密度和大小。如果大型的小行星（直径10公里以上）成群结队而来，哪怕漏过一个，对人类也是灭顶之灾。修建大型的地下掩体躲避灾难。很少有人把这种方法作为唯一的救世良策，因为小行星撞击必将严重破坏地球的生态环境。即使在掩体中躲过了灾难，出来以后还是难逃灭绝的命运。不过，这个办法可以作为拦截小行星战略的补充。如果有较小的陨石突破防线，人们可以依靠掩体躲过直接撞击的灾难。不同的国家做出了自己的抉择：三种策略都有国家采纳。其中，投入最大的是小行星拦截技术。有效拦截小行星的前提是及早发现。在这种时刻，只要给它一点微小的推力，让它的轨道产生微笑的偏离。最终，它就会和地球擦肩而过。如果发现时间太晚，就只能采用暴力的破坏手段了。对于直径1公里以上的小行星，提前10年发现难度并不大。这种情况下，可以用以下几种技术对付它。撞击。用大质量的飞船撞击陨石，使它偏离航向。这种方法看似简单，但是实用性并不强。人类很难制造出有足够质量的飞船。核武器。用核武器在小行星旁边近距离爆炸，产生的冲击波和辐射可以给小行星一个推力，让它偏离轨道。这种方法对一些结构松散的小行星不太理想，爆炸可能让小行星分裂，增加追踪的难度。光压。在小行星的一侧涂上反光颜料，那么这一侧就会收到更强的太阳光的推力。这个推力虽然很小，但是在10年时间内产生的推动仍然能够达到目的。但这样做的难度也不小，因为小行星会自转，很难保证持续的光压。火箭推动。在小行星上面安装火箭发动机，推动它偏离原来的轨道。这似乎是最直截了当的方法，但是它的难点仍然在于小行星的自转。引力牵引。这是已知最可靠的方法。用一个足够质量的飞船在小行星旁边飞行，让飞船的引力慢慢引导小行星偏转。这个方法虽然很慢，但是可以避免以上所有方法的弱点。图片来自如果在最后时刻才发现的小行星（如撞击前2-3个月），那么唯一的方法就是核武器攻击了—— 用高能量的星际导弹携带大当量的氢弹，深入小行星内部进行爆破，把小行星炸成尽量小的碎片。虽然最后大量的碎片仍然会落向地球，但是这种程度的灾难已经在人类可以接受的范围内了。要爆破直径几公里的大型小行星，需要的氢弹当量也是惊人的，至少超出了人类目前的武器制造能力。几十年后，也许就不成问题了。如果这一步也失败，那么人类文明就只能加入地层中的史前文明家族，等待未来的文明来发掘了。图片来自人类建立了大规模的小行星监视系统。除了原有的地面和地球轨道望远镜，还有大量运行在环日轨道上的望远镜扫描着有潜在危险的每个方向。几乎所有的资源都集中在航空，核武器和相关技术开发。同时，无数地下掩体也在世界的每个角落紧锣密鼓的进行着。对人类未来持悲观态度的国家则开始在地球轨道修建大型飞船，准备逃离。80年以后，5个和地球十分相似的太阳系外行星被发现。虽然没有任何光学图像，但天文学家说有80%以上的概率人类可以在那里生存。20多艘大型飞船带着50万人离开了地球，分5路分别飞向各自的目的地。他们要经历上千年的旅程，跨越茫茫太空，去延续人类文明的火种。这时候，被复仇女神星裹挟而来的小行星也进入了海王星轨道。小行星监视系统开始运行，接收来自各处望远镜的信号，计算小行星的参数，预测它们在未来几十年内的轨迹。实际上，完全精确的预测一颗小行星的未来轨迹是不可能的。它在太阳系中的运动会受到很多天体的引力干扰，一点点误差就会让所有的计算努力付之东流。所以，计算的结果只能用概率表示。对于直径在1公里以上，撞击地球概率在50%以上的小行星，必须马上采取措施。对于其他概率较低的小行星，则保持继续观察。随着距离靠近，计算的难度下降，在决定是否采取措施。无数无人驾驶的飞船带着不同的工具迎向小行星飞来的方向，根据每个小行星的特点采用不同的应对措施。大多数是引力牵引飞船，少数携带者光压或者火箭发动机装置。在开始阶段，一切都十分顺利，整个人类为此欢欣鼓舞。然而，接踵而至的小行星数量很快超过了人类的应付能力。对于部分实在无力照顾的小行星，只能用氢弹冲击的方法，这也直接导致了部分小行星分裂，大大增加了小行星的数量。奥尔特云天体含有大量的冰，在进入内太阳系后由于太阳风和光压作用，都长出了长尾巴，变成了彗星。这时候地球的夜空布满了彗星，应该十分壮观，不过人类已经没有闲情逸致去欣赏了。生死存亡的时刻终于来临了。虽然木星和土星用自己的引力为地球吸引了部分袭击，但是还是有大量小型陨石降落拖着长长的火尾划破长空，降落地面。其中大的直径超过500米。降落点的人都提前疏散或者进入了地下掩体。虽然部分城市化为焦土，但是人员伤亡并不大。接着，漏网的大型小行星也接近了地球。别无选择的人类用核弹击碎了小行星，部分碎片如同流星火雨在地球大气层掠过，一个接一个的城市变成废墟。图片来自， 奥尔特云范围很大，不同位置的小行星在不同的时间加入复仇女神的恐怖组织，形成对地球的长期威胁。所以，对地球的轰炸持续了近100年。虽然地球幸运的避免了所有的致命打击，但是已经元气大伤：所有的城市都已经毁坏，地表生态环境恶化，全球气候恶化，人类只剩下了原来的十分之一。灾难过去，人类可能需要几个世纪的时间才能重建家园。然而，他们终究成为了地球历史上第一个战胜周期性灭绝的智慧物种，赢得了1000万年的发展时间。等下一次复仇女神星回归的时候，应该已经无法对人类形成威胁了。逃离地球的飞船已经远远离开了太阳系，再也无法联系。没有人知道他们的结局。
4. 环双星系统中的地球在一个环双星系统中，地球形成于可居带，并一直在自己的轨道上稳定运行，孕育出了生物圈和人类文明。金星运行在地球轨道的内侧，仍然因为失控的温室效应变成了人间炼狱。水星因为距离双星太近，已经葬身火海。而木星，土星，天王星和海王星在太阳系的雪线以外形成，经过数亿年的时间，也迁移到了可居带内。由于两个太阳产生的辐射能量大于一个太阳，所以可居带也向外移动。现在，太阳系的可居带十分拥挤，但是我们终究达到了目的：看到两个太阳出现在天空的壮丽景象。图片来自， 两个太阳距离很近，轨道周期只有几天。在两个太阳旋转的不同阶段，地球得到的辐射能量差别比较大。两个太阳都可见的时候，能量最高；一个太阳被另一个遮挡的时候，能量最低。这种现象可能导致地球的气温在几天时间内快速变化，形成和现在不同的气候和物种。这样的地球和看起来好像是一个平平无奇的世界，除了两个太阳的奇景和不同的气候，人类应该没有机会在家门口找到外星生物了。而实情并非如此，这个太阳系中能孕育生命的不只是地球。首先，海王星和天王星原本是冰巨星，含有大量的固态水和甲烷。进入可居带后，它们变成了巨大而且深不见底的海洋星球。数十亿年后，它们很可能孕育出各种海洋生命。其次，木星和土星的部分卫星具有足够大的质量，可以保持自己的大气层，在进入可居带后也可以产生自己的生物圈。所以，现在的太阳系是一个热闹的世界。它们在地球形成以后几亿年进入可居带，生命演化（如果有的话）远远落后于地球。所以人类没有担心外星人入侵的必要。相反，它们倒是为人类提供了理想的殖民地。那么，我们就以轻松的心情来欣赏这些奇特的外形生物吧。图片来自， 木卫四（Callisto），木卫三（Ganimede），木卫二（Europa）和土卫六（Titan）都有孕育生命的潜力。其中木卫二表面覆盖着冰层，而内部也液态水的海洋。冰层溶化后，也是一个海洋世界。木卫四，木卫三和木卫二引力比地球小得多，上面的动物和植物都比地球的高大。如果它们有了智慧生命，可能就会和电影《阿凡达》的情景十分相似。图片来自， 至于木星和土星本身孕育生命的可能性应该不大。不过，卡尔 萨根曾经想象过木星大气中的奇特生物。就把它们放在这里作为回答的结尾吧。下沉者（sinkers）：它们是木星大气中的微小生物，用大气中的原料和阳光制造养料。它们短暂的生命就是从木星大气上层降落到下层被高温高压杀死的过程。在死亡之前，它们会繁殖后代，让上升气流把它们的后代带到大气上层。漂浮者（floaters）：它们是硕大的气球状生物，直径可以达到几公里。它们漂浮在木星大气中，以下沉者为食。猎手（hunters）：它们是巨大的鸟状生物，盘旋在木星大气中，捕食漂浮者。图片来扩展阅读：1. 太阳系的形成和演化
. 2. 3. ---------------------------------回答结束，谢谢大家。
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