寻找幻影世界

我正在宾夕法尼亚州立大学附近一家熙熙攘攘的小酒馆里和天文学家亚历山大·沃尔什詹共进晚餐，他心情愉快中带着一丝忧郁。他有足够的理由忧郁。他发现了太阳系外第一批行星，但鲜为人知。他的后续研究缓慢而艰苦，屡次碰壁。然而，这些事情似乎丝毫没有困扰他。不，让沃尔什詹陷入这种迷人矛盾情绪的，是那些行星本身。

地球过着被眷顾的生活，围绕着一个稳定的太阳旋转，太阳提供了恰到好处的温暖以维持生命。沃尔什詹22年前发现的行星就没有那么幸运了。它们围绕着一颗脉冲星运行——一个微小、快速旋转的恒星余烬，用猛烈的辐射冲击它们。“那里可能有一个来自脉冲星粒子风的永久极光照亮天空。其中一些粒子可能会到达地表，将其夷为平地，”他说。而这些行星目前悲惨的存在，与它们诞生时的创伤相比，简直是小巫见大巫。它们诞生于一次撕裂了大部分原始恒星的超新星爆炸产生的1000亿度碎片中。

最近，沃尔什詹将注意力转向了另一类注定毁灭的行星。他开始寻找并研究围绕红巨星的行星，这些是核燃料即将耗尽的老年恒星。在最后的活跃期中，它们会膨胀、亮度急剧增加并 Shed 巨大的气体云。任何围绕红巨星运行的行星都会在这个过程中被烘烤和冲击。大约50亿年后，当我们的太阳加入红巨星的行列时，地球也将面临这种命运。对于沃尔什詹正在仔细研究的遥远行星来说，未来就是现在。

这些研究领域使沃尔什詹与同行们截然不同。自从他1992年发现脉冲星行星以来，许多其他科学家也加入了寻找其他恒星周围行星的行列，但几乎没有人像他这样做。他半笑着说：“我并不是一个主流人物。”今天的行星搜寻者往往专注于与地球相似的行星，急切地宣传那些在大小、温度或构成上哪怕是模糊地类似于我们自己的新发现世界。我与沃尔什詹的谈话完全没有涉及这些。

他用波兰口音的平稳语调，谈论的不是活着的行星，而是正在死亡的行星、死去的行星，以及——就脉冲星行星而言——进入了一种不安的来世的行星。我开始将沃尔什詹研究的这些天体视为“幽灵世界”。它们远远偏离了地球舒适和稳定的标准。它们在某种真实意义上，已经从一种存在层面转移到另一种层面。它们是天体异类，大多数同事都直接忽略它们，仿佛它们根本不存在。所有这些因素正是它们对沃尔什詹如此着迷的原因：它们是极端案例，考验着行星如何形成以及它们能在何处生存的极限。

很快就清楚了，沃尔什詹毕竟还是关心生命世界的——他只是从相反的方向切入这个话题。“恒星老化对行星系统的影响与生命的长期生存有关，”他告诉我。“这不仅关系到我们。如果生命像有些人认为的那样普遍存在，那么恒星演化就必须在任何地方都加以考虑。”他看到了一个关于人类生存危险的警示故事，然而他所研究的行星却让他对生命的宇宙前景出乎意料地乐观。因此，既有忧郁，又有欢快。

驯服狂野的脉冲星

通往幽灵世界的旅程始于在波多黎各1000英尺阿雷西博射电望远镜上“偷来”的一段时光。通常它总是被预订满的，但当沃尔什詹在1990年1月访问时，这个巨大的碟形天线却闲置着，因为它正在维修，无法转向。他意识到这是一个难得的机会，并安排进行了一次盲目巡天，让地球自转将天空的不同部分带入视野，然后检查出现的任何异常情况。

“你只能看到天空中的一个特定点30秒，但对于那么大的望远镜来说，这足以发现许多有趣的东西，”沃尔什詹说。他称之为“牛仔科学”——仅仅为了看看外面有什么而进行的一场冒险。

沃尔什詹大约10天的巡天很快就有了回报，他探测到了一种特殊类型的脉冲星，称为毫秒脉冲星，它每秒旋转数百次。当时，这是有史以来发现的第五个此类天体。这颗脉冲星现在被命名为PSR B1257+12（PSR代表脉冲星，其余表示其天空坐标），沃尔什詹亲切地称之为“1257”。但当时他并不那么亲切，因为他试图解释这颗城市大小恒星的射电脉冲特有的不规则时间：“这真的非常痛苦，因为这颗脉冲星不符合任何标准模型。我不得不与它搏斗。”

很快，沃尔什詹意识到，如果一个小物体正在来回拉动脉冲星，导致其信号有时稍早到达，有时稍晚到达，那么阿雷西博的数据就能说得通。到1990年6月，他确信一颗轨道行星是唯一合理的解释，但经过艰苦的分析才证明PSR B1257+12实际上有三颗行星，分别称为A、B和C。

他知道自己的结果会受到密切审查：这将是太阳系外第一批被证实存在的行星，发现于一个大多数人认为行星不可能存在的地方。在公布之前他有过任何怀疑吗？“没有。这听起来可能有点奇怪，但脉冲星计时是一种极其精确的方法，”他说。

1992年1月，沃尔什詹在美国天文学会的一次会议上公布了他的结果。行星B和C的质量都是我们地球的四倍左右。行星A的质量只有地球的1/50，仅比月球重一点点。它仍然是迄今为止围绕另一颗恒星已知最小的行星。随之而来的是一阵惊奇和困惑。从哥白尼到卡尔·萨根，各种影响都让天文学家相信银河系一定充满了许多像我们太阳系一样的其他太阳系。现在，终于，这里是一个确凿的证据，证明了行星围绕另一颗恒星运行，而关于它们的一切都大错特错。“每个人都期望在正常恒星周围找到行星。他们都在想，‘这到底是怎么回事？’”沃尔什詹回忆道。

推断出的PSR B1257+12的生命故事与我们太阳系的故事截然不同。我们的太阳是中等质量且普通的；演变成脉冲星的恒星开始时质量巨大且耀眼。地球及其邻近行星是太阳诞生的一部分；而脉冲星行星则是在其恒星死亡后形成的。

沃尔什詹勾勒出了一段历史，大致如下：在年轻时，成为PSR B1257+12的恒星至少是太阳质量的八倍。在其巨大引力的驱动下，它燃烧得明亮而炽热，在短短几百万年内消耗了大部分核储备。在其生命末期，这颗恒星以超新星的形式爆炸，猛烈地将大部分物质抛向外部。所有剩下的只是原始恒星核心的一个超致密、快速旋转的碎片——脉冲星。在超新星爆发之前可能存在的任何行星都在这场大火中被消灭了。但恒星的转变尚未完成。

一个气体盘在脉冲星周围形成，其来源要么是附近的一颗伴星，要么是所谓的超新星回落物质——恒星喷出的碎片中未能获得足够速度逃逸到太空的部分。然后这个盘凝聚并形成了新的行星家族，由超新星产生的重元素组成。

全新世界

凭借他的发现，沃尔什詹在教科书中赢得了一席之地，成为自1930年冥王星发现以来（或者，如果你恼怒地将冥王星视为一颗矮行星，那么是自1846年海王星发现以来）第一个发现新行星的人。但是PSR B1257+12 A、B和C很快就从公众意识中淡去。它们实在太奇怪，太出乎意料了。“这项发现不符合NASA对系外行星的计划。它以一种非常戏剧性的方式不符合，这从人们的反应中就体现出来了，”沃尔什詹说。从1995年开始，其他天文学家在那些美好、正常的类日恒星周围发现了行星。大部分科学注意力很快就转向了那里。

然而，在幕后，幽灵世界却悄然变得更加引人入胜。1993年，当时在加州理工学院的斯蒂芬·索塞特（Stephen Thorsett）识别出另一颗脉冲星PSR B1620-26周围的一个行星质量天体。

行星PSR B1620-26 b是一种与沃尔什詹发现的行星完全不同的世界。它的质量是木星的两倍半，是沃尔什詹行星的100多倍。它的轨道截然不同，沿着一个巨大的100年路径运行，围绕着脉冲星和一颗独立的伴星。最后，它拥有大约127亿年的历史，是已知最古老的行星，因此得名“玛土撒拉”（说实话，这个名字比“PSR B1620-26 b”更有音乐感）。玛土撒拉几乎肯定是被俘获的世界，是从那颗伴星那里夺来的。

随后在2011年，由澳大利亚斯威本科技大学的马修·贝利斯领导的一个射电天文学家团队在脉冲星周围发现了第三个行星系统，这个系统与前两个都不同。这次的行星质量与木星相似，但密度至少是木星的10倍——比铅还致密。贝利斯当时指出，这种巨大的重量“为其起源提供了线索”。没有正常的行星能将如此多的质量塞进如此小的空间。最有可能的是，行星PSR J1719-1438 b是一颗紧密运行的恒星在脉冲星诞生爆炸中大部分被吞噬后留下的全部，只剩下了它被压缩的核心。如果贝利斯是正确的，这颗行星的外层由碳组成，可能呈晶体形式。你可能更熟悉晶体碳的一个常见名称：钻石。没错，这颗脉冲星佩戴着一颗钻石行星。

没有发现额外的脉冲星行星，留下了一些谜团：三个例子，三种完全独立的行星。沃尔什詹怀疑银河系中存在更多像他最初的1257这样的系统，但它们的行星太小，无法在今天的射电搜索中显示出来。他已经勾勒出重返阿雷西博并找到它们的计划，但这将需要大量的望远镜时间。目前，他已将注意力转向了另一类更大得多的幽灵世界。

烤焦的残骸

只有质量最大的恒星才能演化成脉冲星，而这样的恒星巨头是罕见的。银河系中大约97%的恒星是较小的，它们走的是另一条演化路径，最终导致红巨星阶段并继续演化。像太阳这样的主流恒星随着年龄的增长会逐渐变亮和变热（这正在发生），直到最后一次抽搐将其膨胀成一颗红巨星。在天文学上，红巨星很快就会抛掉其外层，留下一个白矮星——本质上是恒星裸露的心脏——它会缓慢冷却至永恒的黑暗。

如果你想了解大多数正在死亡、已死亡和重生的行星会发生什么，红巨星是起点。沃尔什詹已将大部分注意力转向这个方向，并招募了各种合作者来帮忙。自2004年以来，他们观察了大约一千颗恒星，其中大部分是红巨星。“如果我们开始探测到围绕此类恒星的行星，我们就能知道当恒星开始演化、失去质量、膨胀并发生所有这些不愉快的变化时，行星系统会发生什么，”他说。

沃尔什詹和其他人已经在红巨星周围发现了40多个行星系统，这使他们能够勾勒出相同的过程在我们家园将如何上演。随着太阳变得更亮，太阳系的宜居带将向外移动。地球将在大约十亿年后过热，但火星将变得温暖。然后，木星和土星的卫星将融化，欧罗巴和土卫六将变成临时的海洋世界。据新视野号任务负责人艾伦·斯特恩（Alan Stern）称，在太阳最红的时候，它会辐射出如此多的能量，甚至冥王星也将达到舒适的温度，新视野号任务明年将前往那里。

红巨星阶段是行星生存的成败关键。随着恒星抛弃其外层，它的质量会减小，引力束缚也会减弱。作为回应，行星会向外迁移到新的轨道，可能使整个系统变得混沌不稳定。“你可能会在系统中看到非常戏剧性的演化，包括轨道交叉、行星碰撞和各种有趣的事情，”沃尔什詹说。与此同时，恒星也持续膨胀，威胁要吞噬它的“孩子”。

沃尔什詹已经看到了这些结果，有些行星拥有高度椭圆的轨道，另一些则只以幽灵般的气体云形式存在于恒星的外层。数据尚未明确显示地球将走向何方。它很可能以岩石球的形式幸存下来，但已被彻底消毒。水星和金星几乎肯定会被汽化——这已经是最接近幽灵般的存在了。

沃尔什詹及其同事最近在名为BD+48 740的红巨星周围观测到了两种可能的结果。在2012年的一篇论文中，研究人员报告称BD+48 740的表层含有高水平的锂，这是一种在行星中常见但几乎从未在恒星中发现的元素。他们将锂解释为被焚毁行星的化学残骸。与此同时，一颗质量略大于木星的主要行星仍在围绕该恒星运行，但其轨道受到扰动，呈椭圆形。

末日后的生命

故事变得相当严峻。那沃尔什詹关于一个充满生命世界的乐观沉思呢？自从我偶然读到一篇关于在白矮星周围寻找生命的挑衅性论文以来，我就一直在思考这个问题。有两点立刻引起了我的注意。首先，论文指出白矮星周围可能存在宜居行星——在红巨星炼狱之后的死胡同阶段。其次，主要作者是哈佛大学一位富有创造力且极受尊敬的理论家 Avi Loeb。这并非异想天开的猜测。

“白矮星周围显然存在碎片盘，这些物质原则上可以凝结形成行星，”洛布解释道。“所以问题是，如果白矮星周围有行星，其中一些是岩石行星，它们是否可能有生命？”他指出，白矮星形成十亿年后，它的温度与太阳相似。那时它会小得多也暗淡得多，但如果行星在紧密的轨道上形成——大约比地球围绕太阳的轨道近100倍——它们将获得足够的光和热，使生命得以扎根。他谈论的是第二次创生：从旧世界的灰烬中诞生新世界，从一个已被灭菌的行星系统的废墟中出现新生命。

白矮星会持续冷却，所以即使一颗行星一开始是温暖的，它也会逐渐陷入深度冰冻。尽管如此，宜居条件仍能持续足够长的时间（至少数亿年），让生命重新开始。如果生命从未真正消失，这个过程甚至可能更快发生。生物体可能通过不断演化的行星系统从一个世界跳到另一个世界，无论是刻意移动还是因小行星撞击而意外传播。在恒星向红巨星演化的过程中，它们会向外迁移，一旦白矮星出现，它们就会急剧向内迁移。

洛布关于白矮星的观点令人惊讶，但我得知沃尔什詹曾考虑过他的脉冲星行星上存在生命的可能性时，简直惊呆了。“如果你翻阅天文学教科书，它们会说我们所知的生命不可能在那种行星上得到支持，”他说。他一点也不气馁；他很早就学会了超越教科书的思考。

他想象这些行星可能拥有强大的保护性磁场，地表生物会穿着厚重的防辐射装甲笨拙地移动。事实证明，沃尔什詹对宇宙有着一种充满活力，近乎泛灵论的看法。“我的想法是，生命只是行星的另一个属性，就像行星拥有大气层、大陆漂移、火山、温室效应、相对于恒星的正确位置一样，”他说。“生命是这个业务的一部分，是许多属性之一，我们可能拥有也可能没有，这取决于初始条件。就这么简单。”幽灵世界是那些属性不利的地方，但即使在那里，他想象生命可能仍然会找到一种生存的方式。

他的悲观并非针对宏观层面的生命——他更具体地关注地球上聚集的渺小人类部落，关注我们如何在未来五个世纪而非未来50亿年中幸存下来。“我们受进化原则的支配。我们所做的一切都是为了将自己提升到比其他人更高的位置；你想要压垮其他人，”他说。“最大的问题是：有没有办法突破这一点？成为一种能够存在于宇宙中，而没有被永久灭绝的危险的存在？”

在这种背景下，沃尔什詹对脉冲星和红巨星的研究既是灵感也是警告。他从事着一项工作，日复一日，他被要求对世界采取他所谓的“宇宙视角”。不是每个人都有这种奢侈，但如果更多人能分享至少一部分这种视角——称之为“万亿英里高空视角”——那么我们就有机会超越那些让我们无休止地相互竞争的琐碎竞争。如果不能，后果将不堪设想：“除非我们采取措施摆脱这种进化列车，否则我们将被其他事物取代。”

我们已经吃完甜点，当沃尔什詹陷入沉思时，我扫视了一下餐厅，试图用他的眼睛来看待。每个人看起来都那么快乐，那么生动，那么……毫无察觉。也许他是对的。也许没有必要在遥远的时空去寻找一个幽灵世界。下一个幽灵世界可能就是我们自己。

【本文最初以《幻影世界》为题发表在纸质版上。】