戴森球？ | 银河系最神秘的星是外星人所为吗

一颗看似普通的恒星，但它亮度的下降、暴跌和变暗，使大部分解释工作都归于徒劳。

“古怪的峰——巨大的凌星。”

2010年，这些文字被发表到一个在线论坛上，使一颗怪异的恒星被“行星猎手”组织的关注，他们是一群通过NASA“开普勒”项目的数据联合起来的公民科学家。

“开普勒”的视线

四年之中，NASA的“开普勒”探测器和它所监测的天鹅座右翼到天琴座之间的天区。

“开普勒”探测器在四年的首阶段任务中对超过15万颗恒星进行了持续的观测，以搜寻凌星系外行星。与此同时，耶鲁大学的一支团队创建了“行星猎手”公民科学计划，希望借助人眼辨别出计算机错失的细节信息。

他们的确成功了。一个名为“哥白尼123”的用户首先注意到，“开普勒”项目所发现恒星KIC 8462852的星光有不寻常的亮度下降，并且在“行星猎手”的留言板上写下了这条布告：“古怪的峰——巨大的凌星。”随后，两年过去了，这颗恒星再度变暗，但这次猛烈得多，五天之内亮度首先暴跌了15%，过了两天又开始恢复，最后完全正常。这样的变化在留言板上引起了如潮般的关注：“疯狂啊！”“哇！”“SETI（地外文明探索）毫无疑问应当尽快关注它！”

KIC 8462852

KIC 8462852位于天鹅座翅膀外的一片繁密星场中。

在“开普勒”的首期任务结束前，这颗星已经变暗过10次，每次的光变强度都不等，在0.5%至20%之间。每次变暗持续数天至数星期，在此之后，其亮度又会完全恢复。

令人迷惑的是，每次光变曲线的下降都有不同的“形状”，表明其亮度有不规则的变化。这些变化远远超出了行星所能导致的强度，无论是什么导致了这些下降事件，它一定要比行星大得多。并且，每次事件之间的间隔也不是周期性的，而单个绕转天体的凌星却可以预测是周期性的。

凌星

凌星表示在遥远天体上发生的遮掩现象，它的实质是一个行星（天体）经过时，挡住了另一个行星（天体），日食和月食就是一种凌星现象。

这颗恒星立即引起了人们的关注，不仅是天文学家，也包括普通公众，尤其是当Jason Wright（美国宾州州立大学）等人发表了一篇论文，探究这颗恒星的怪异性质是否源于外星生命的潜在可能之后。

外星人制造的巨型天体

看似普通的恒星

对于这颗如今被称为“Boyajian之星”或“Tabby之星”的天体，最奇怪的一个方面就是它看起来很平常。其光谱显示，这是一颗普通的中年F型恒星，质量约为太阳的一倍半。光谱还显示，这颗恒星没有发生晃动，如果它拥有一颗质量较大的伴星在其周围绕转，例如黑洞或恒星，它就应当发生这样的晃动。

事实上人们也发现过几颗其它的恒星，亮度会像Tabby之星那样不规则地下降，但是这些天体都是年轻恒星，周围有尘埃盘，盘偶尔会经过地球和它们的视线方向。然而，Tabby之星的档案数据，以及红外与亚毫米波段的后续观测，都证明它并没有这样一个大质量的盘。

年轻恒星周围的尘埃盘

2016年1月，人们发现Tabby之星比料想的更为古怪。Bradley Schaefer（美国路易斯安那州立大学）发表证据说明这颗恒星在过去一个世纪里一直在变暗。

通过分析哈佛大学天文台的照相底片，Schaefer断定，在1890年至1989年之间，它的视亮度下降了大约15%；通过分析“开普勒”任务的定标数据，则发现这颗恒星在4年内亮度猛降了3%；而更为极端的是，这一下降中的1/3是发生在短短六个月内。这四年的亮度变化的速率远快于哈佛照相底片中看到的变化速率，“开普勒”观测数据更是证明了Tabby之星的不规律性。

在“开普勒”项目的主任务阶段内Tabby之星的亮度情况、四年中的变暗事件、以及一个世纪的衰减

因此，任何对于这颗恒星性质的解释都必须不仅能说明由“开普勒”记录的短期的、极端的亮度下降；也要能说明同样四年时间内观察到的较慢的变暗过程；并同时能说明这颗恒星在整个20世纪的长期的亮度衰减。

恒星内部

让我们从一个光子被创造出的那一刻开始追踪：恒星核心的氢聚变反应。一种流行解释是Tabby之星长期变暗是恒星核心的氢溅出。我们预期在“开普勒”观测的大量恒星中，至少有一颗正处于这个恒星演化特殊阶段的恒星。

但是，Tabby之星并不能很好地符合观测数据。一个光子要花费超过10万年才能逃离恒星的核心，因此，即便核聚变突然完全终止，恒星开始收缩，恒星变暗幅度也不过1%，而且时间尺度是数十万年。核聚变终止不能导致四年内4%的亮度下降，更不必说在1天内下降15%了。

磁力线的集中趋势会在星体表面导致短时间出现暗斑。在太阳上，这种黑子非常小。从太阳活动的极小期到极大期，太阳亮度的变化幅度不到0.1%。但是在其它恒星上，黑子会更加巨大，其效应也更强烈。在“开普勒”的视场中，某些恒星的因为黑子随星体自转而进出我们的视线所导致的亮度变化可达5%。

巨型太阳黑子事件

2014年10月23日的巨型太阳黑子，它是目前这个太阳活动周期中最大的黑子，延展范围达12.87万公里。其它恒星上的黑子可能会更大，但是其尺寸依赖于恒星对流层的深度。

那么，Tabby之星是否是一个恒星黑子的极端事例呢？也许不会。由于黑子形成的方式，类似于我们在太阳上观测到的那些黑子要求恒星有一个近表面的对流层，在此层内，对流运动可以将恒星内部产生的能量搬运出来。质量较小的恒星有相对较厚的对流层，质量较大者的对流层则相对较薄。Tabby之星的质量为太阳的1.4倍，应当有一个相对较小的对流层，或者根本没有。如果在那里看到像太阳那么大的黑子，我们都会非常惊异，更不必说能导致光变20%的巨大黑子了。

即便巨大的黑子是合理的，黑子倾向于非常缓慢地演化，花费几个恒星自转周期的时间成长，然后缓慢地衰减，于是我们就反反复复看到了同样的黑子。可是在Tabby之星上，每个亮度下降事件似乎都只发生一次。更有力的证据是，每个亮度下降持续的时间都比这颗恒星的自转周期长许多，而黑子则应当随着自转移入和移出我们的视野。所以恒星黑子也不能导致我们所见的那种信号。

恒星周围

当光子离开Tabby之星并前往“开普勒”和我们的所在地，它首先会遇到围绕这颗恒星运行的物质。是否导致这颗恒星亮度下降的原因有可能并不在其内部，而是某些会偶尔穿过它与我们之间视线的物质？

恒星周围如果有密近天体，就会变得很热，并发出红外辐射。然而，斯皮策红外空间望远镜和其它空间望远镜都没有探测到任何超出Tabby之星本身的额外红外辐射。因此我们可以推知，假如这些物质存在，也不可能离这颗恒星非常接近。

根据亮度下降的持续时间，这些物质应当需要几天的时间才能通过该恒星前方。由开普勒行星运动三定律，我们知道运行在较小轨道上的天体速度更快，因此它们也会更快速地对寄主恒星凌星。如果一个天体处在Tabby之星的圆形轨道上，它就必须至少处在日地距离的好几倍之外，这样才会形成一次持续好几天的凌星现象。如果处在椭圆轨道上，这个天体就有可能处于比冥王星轨道更远的位置上。在这样的距离上，物质应当非常冷，因而有可能逃避红外波段探测。

冥王星轨道以及它附近的柯伊伯小天体带

如果这颗恒星系统内的天体符合我们对太阳系的认知，在这样的距离上应有一大群我们称之为柯伊伯带的物质。很多其它恒星都已被发现具有类似柯伊伯带的结构，其中一些被认为比我们太阳系的质量更大。

另一种可能是，一大群小行星对该恒星凌星。我们认为Tabby之星有可能处于类似我们太阳系的晚期重型轰炸事件的年龄，因而可以想象，也许有大量小天体正在这个年轻系统中四散飞奔。天文学家们已经建构了小行星或彗星集群对Tabby之星凌星的计算机模型，而且它们能够很好地符合部分短期观测数据。

近期，Brian Metzger（哥伦比亚大学）等人提出，为了解释长时段的变暗事件，该理论应当需要增强。如果Tabby之星最近（过去10000年内）吞噬过一颗行星尺度的伴天体，它就会在我们不曾观测过的一段时期内发生过增亮。我们观测到的长时段变暗也许只是它在缓慢地恢复正常状态。行星的碎片与气体云正在环绕这颗恒星，它们有可能导致那些时间较短的亮度下降。

红巨星吞噬行星想象图

质疑该理论合理性的一个说法是，我们应当能看到这些物质依然在发出红外辐射。然而，我们迄今未能排除这种可能性。也许那里只有刚好足够导致亮度下降的物质，但不足以被红外望远镜探测到。

一些天文学家正在考虑比这个黑箱更远的区域，他们提出，这些围绕该恒星的物质可能有一种不太自然的来源：这些亮度下降也许意味着存在外星文明制造的巨大构造，或许是一个用于收集恒星能量的戴森球。可想而知，这种理论获得了媒体的热切关注。让我们用考察其它理论的相同方式来考虑一下它。

戴森球 / Dyson Sphere

是弗里曼·戴森假想出的包围母恒星的巨大球形结构，它可以捕获大部分或者全部的恒星能量输出。戴森认为戴森球是长期生存技术文明对于能量需求增长的必然需求，并认为寻找其存在的证据可以引导发现的先进和智慧的外星生命。自从该概念提出以后，诸多科幻作品里提出的包围恒星的人工建筑都被冠以“戴森球”之名。后续的设想认为戴森球上不仅有太阳能电站，还有人类殖民地和工业基地存在。

一个外星文明的巨型构造可以很容易地解释观测数据，因为科学家们可以调整这个构造的模型来贴合观测数据。但这种想法有一个问题：关于外星文明的巨型构造看起来“应当”呈什么模样，并没有观测数据。可是这个构造似乎出现了，尽管很难想象，一个离恒星如此近的巨型构造是如何避免过热并在红外波段发出明亮辐射的。

太空深处

离开恒星周围的系统后，光子将遭遇到星际物质。虽然太空非常接近于真空，但Tabby之星的光谱显示：在它和我们之间存在两个星际气体云，以及在这片空间中存在尘埃，约有1/4的星光未能抵达太阳系。

在太空中，星际尘埃和气体并不是平滑分布的，也许小团的尘埃物质正沿着我们的视线运动，不时地阻挡来自Tabby之星的光。它的长时段变暗也许是由于额外的星际物质在缓慢运动，时而进入我们的视线，散射开越来越多的光子。

星际尘埃

有证据表明，在每个可测量尺度上，都存在星际尘埃和气体的结构。这幅图像以蛇夫座中的蛇星云（Barnard 72）为中心，显示出了紧密聚集的尘埃和气体，它们阻挡了来自背景恒星的光芒。该星云的跨径约为数光年。为了解释Tabby之星的亮度变化，聚集的范围应当更低得多，不到1光年的万分之一。

这些短期变暗的时标似乎有一定含义：根据物质在银河系盘中的运动速度，我们可以预期，延展范围小于1个天文单位的星际物质团块才能够以一种奇怪的方式，对这颗恒星导致持续数日的凌星事件。这种模型预测亮度下降没有周期性，也没有一致的降幅，正如观测所见。

目前，星际尘埃云是最符合观测数据的合理推论，但也有其缺陷。例如，我们可以预期在其它恒星上，尤其是那些距离很远的恒星上，也会显示出类似的亮度下降。然而所有其它有柯伊伯带的恒星中，无一显示出类似的变化。而几天时间内减少20%的星光，这要求相当密集的物质团块；它有可能存在，但我们并不知道任何这种团块的信息。就像以往理论的例子一样，没有足够的信息，我们不能确认或排除它；我们只能说，它是合理的，也符合观测。

进入太阳系

经过1300年的星际空间之旅，我们的光子终于来到了太阳系的外边缘。如果它穿过了一个物质云而来到这里，而这个云也许产生于彗星之间近期的碰撞，情况又会如何呢？

彗星碰撞

无论是在Tabby之星系统还是我们的太阳系（可能性较低）中，彗星或小行星都会互相撞击，从而产生阻碍星光的碎片云——这是关于Tabby之星怪异性质的一种可能解释

这个有趣的想法并不很符合观测数据，其可能性也不像其它理论那样大。Tabby之星在偏离黄道面上方很远的位置闪耀，而行星和大部分彗星都处于黄道面附近，而且我们没有证据可以表明，有彗星在太阳系外围远离黄道面的位置相撞而形成云团。

得益于“开普勒”探测器的轨道运动，任何近距天体相较于遥远的恒星，都显得运行得很快，因此，如果要阻挡住来自Tabby之星的光芒长达一年之久，这种天体必须非常巨大（延展尺度达1光年以上）。任何这样的天体都应当会影响到其它“开普勒”恒星，但是它并没有，这就使得这种理论的可能性不大。

最后光子落到“开普勒”探测器的CCD元件上，抵达了旅途的终点时，已经花费了逾10万年时间，通过激发一个电子，向我们显示出自己的存在。从穿过了Tabby之星的内部，继而在星际空间中旅行了1300年时间。这会带给我们什么样的结论呢？最有可能的理论似乎是，一团星际间或恒星周围的物质云穿过了Tabby之星和地球之间。

实验开始

星际物质穿过Tabby之星和地球之间是我们最感兴趣的理论，它既能很自然地解释短期亮度下降，也能很自然地解释长期变暗。它也做出了可检验的预言。首先，这颗恒星的整体亮度还将继续发生变化。

但是，星际物质并非唯一可行的解释。目前，我们在解释长期变暗时还不能排除围绕Tabby之星的物质云，或者排除恒星在近期吞噬过行星。在这些情况下，我们可以预期，短期亮度下降最终将显露出一定的周期性特征，而且，与星际物质理论相仿，它们应当在不同波段看起来不一样。

还有一个正被考虑的理论，对于它，我们无法简单地用“很可能”或“不可能”来描述：外星文明的巨型构造。对它的真正检验可归结为，它能做出哪些其它理论无法给出的预言。

戴森球想象

如果我们真的是在观察一个巨型构造的转动，那么可以预期，这颗恒星的亮度下降将会在每个波段都显得一样，这有别于恒星周围的或星际间的尘埃所导致的亮度下降。因为巨大的、坚固的构造将会阻挡住恒星的全部光子。对于通过恒星光谱发现的星际构造，其形状和强度则不会有什么改变。

如果在这片天区探测到无线电信号、激光脉冲或其它的外星文明信号，都可以支持存在地外文明巨型构造的理论。但迄今为止，SETI的科学家还未曾发现任何迹象。

一些团体，包括美国变星观测者协会的成员们，正在利用Las Cumbres天文台的全球望远镜网络等设备进行观测，他们正在耐心地关注和等待可能到来或不会到来的下一次亮度下降。天文学家们也在利用光谱观测手段监测星际吸收特征的形态和强度，寻找可能暴露出小块致密星际物质存在的变化。“盖亚”计划在未来将发布的数据，不仅可改进我们对这颗恒星距离的估计，也能改进对于横亘在我们与这颗恒星之间的阻光星际物质数量的测量。除此以外，“凌星系外行星巡天卫星”（TESS）也将在大片天区中搜寻凌星行星，从很多方面看，它都是“开普勒”的继承者。

或许几年之内，我们就可以理解究竟是什么导致了这颗恒星的性质如此有别于太阳系。