李水旺新一期视频：
    那么今天我们將首次探討天文观测技术，以及搜寻地外文明计划（seti），也就是寻找地外智慧生命的相关內容，我想我们可以从克卜勒天体输入星表编號8462852的恆星，也就是塔比星，开始讲起。
    这颗恆星是克卜勒太空望远镜连续多年观测的眾多恆星之一，2015年末，人们注意到它的亮度出现了一些非常奇特的下降，这与我们此前观测到的任何天文现象都不相符。
    虽然这几乎可以肯定是一种自然现象，但我们从不排除这种奇特现象可能是观测误差或人为干预导致的可能性，因此有人提出，这可能是一个巨型结构，一种由外星文明建造的超大型人造建筑。
    我经常被问到关於塔比星的问题。探討的两大主题就是巨型结构和费米悖论——也就是如果宇宙中存在智慧生命，它们都在哪里的问题。
    在天文学和物理学领域，遇到难以用常规原理解释的奇特谜团，需要等待数年才能获取足够证据揭开真相，这是很常见的事。这过程有些枯燥且令人沮丧，但我们已经习惯了。
    我之所以改变主意，一方面是因为最近询问这个问题的人越来越多，另一方面是我们如今掌握了更多相关信息，同时也因为还没有人对这一情况做出通俗易懂、详尽细致的解释。
    为了简洁而省略的內容，我认为对於理解这一现象至关重要。我们力求通俗易懂，不是通过省略复杂內容，而是耐心將其拆解成易於理解的小块知识。
    今天我们要探討的主题、要解答的问题如下：
    1. 什么是克卜勒太空望远镜？
    2. 克卜勒望远镜如何帮助我们发现系外行星？
    3. 它在塔比星上发现了什么异常现象？
    4. 这些信息能告诉我们什么？
    5. 哪些自然现象可以解释这一异常？
    6. 有哪些新的信息和研究进展？
    7. 它可能是什么类型的巨型结构？
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    我们的第一个主题是**克卜勒太空望远镜**。
    它於2009年发射进入绕日轨道，它並非围绕地球运行，而是绕太阳运行，最初位於地球后方稍远的位置，如今距离地球已超过1亿英里。
    它在公转轨道上越来越落后於地球，是因为它距离太阳比地球更远，而距离恆星越远，公转周期就越长。同理，距离恆星越近，或是围绕质量更大的恆星运行，公转速度就越快。
    这一点对系外行星探测至关重要，但目前来说，这意味著克卜勒望远镜已经远远落在了地球后方。
    这台望远镜的观测目標非常简单，它是一台光度计，也就是测量天体亮度的仪器。具体来说，克卜勒望远镜持续监测约15万颗恆星的亮度。
    这个数字听起来很大，但它始终观测著同一片天区，一片非常小的天区，仅占夜空的0.25%。这片天区恰好位於织女星和天津四之间。
    你可能知道天津四是天鹅座的尾端恆星，而织女星位於天琴座，这两颗星都距离大小北斗七星以及北极星勾陈一不远。
    事实上，在冰河时代末期，织女星曾是我们祖先观测到的北极星，一万多年后，它將再次成为北极星。地球存在2.6万年的岁差周期，目前勾陈一是北极星，未来织女星將重新成为北极星。
    这也是“水瓶座时代”这类说法的由来，因为太阳在北半球春分时节出现在黄道十二星座中的某一个，而这个位置每隔几千年就会发生变化，目前正是水瓶座。
    克卜勒望远镜始终对准这片天区进行全年观测，持续监测这些恆星的亮度变化，也就是这15万颗恆星的明暗变化。
    这些恆星大多还有其他名称或星表编號，它们都被收录在克卜勒天体输入星表（kic）中。克卜勒望远镜並非用於发现新恆星，而是观测已知恆星，但由於恆星数量极其庞大，很多恆星並没有专属名称，因此一颗恆星拥有多个星表编號、並以发现特殊现象时所用的编號来称呼，是很常见的情况。
    之后，这类恆星通常会被赋予一个通俗名称，以节省时间、避免混淆。
    系外行星数量眾多，其中很多编號以gj开头，这类编號仅代表恆星所属的星表。例如gj星表是德国天文学家威廉·格利泽1957年首次发布的近星星表，並且一直在更新。
    毫不意外的是，这些恆星中很多此前没有其他名称，也是最容易观测到行星的恆星。如果我们未来殖民这些恆星，显然需要重新命名，因为附近大量恆星都以“格利泽+数字”命名，任何殖民地都不会保留这种生硬的编號，就像不会把岛屿隨意命名为阿特拉斯或隨机数字一样。
    几乎所有系外行星都收录在少数几个星表中，这就引出了我们的第二个主题：**寻找系外行星**。
    恆星亮度下降的原因有很多，恆星本身的亮度会存在波动，这是普遍现象，但最常见的原因是有天体从恆星前方经过，遮挡了光线。
    想要让恆星亮度明显下降，这个天体要么体积足够大，要么距离恆星足够近。例如月球体积比水星小，却能遮挡更多太阳光。
    通过这种方法探测行星，需要满足三个条件：
    第一，行星的公转平面必须朝向地球。如果你站在太阳的两极方向，就无法看到水星或地球遮挡太阳光，因此我们无法观测到公转平面与地球视线夹角过大的系外行星，而这类行星占绝大多数。
    人们往往认为太阳系的公转平面与银道面重合，但事实並非如此，我们太阳系的公转平面与银道面倾斜约60度。
    第二，恆星周围必须存在行星，且这颗行星体积足够大，或距离母星足够近，能够遮挡足够多的光线，让我们观测到亮度变化。这也是最初发现的系外行星几乎都是体积巨大、近距离围绕母星运行的“热木星”的原因，这类行星最容易被观测到。
    行星体积越大，遮挡的光线越多；距离母星越近，遮挡的光线也越多，且运行到恆星与地球之间的概率也越高。
    像冥王星这样体积小、距离母星遥远的天体，几乎不可能与恆星、观测者形成三点一线，体积过小、距离过远也让它遮挡的光线微乎其微，而且它的公转周期极长。
    第三，需要长期观测这些恆星，不仅要观测到一次亮度下降，还要观测到这种下降的周期性重复。
    对於外星观测者来说，地球每年会遮挡一次太阳光，而冥王星每隔几个世纪才会遮挡一次。除非至少观测到两次、最好是三次周期性亮度下降，否则无法做出有效判断。
    观测到至少两次周期性下降后，就能根据周期確定行星的存在，计算出它的公转周期，再结合恆星质量，算出它与母星的距离。
    之后可以根据恆星的亮度，判断这颗行星是否处於宜居带——也就是距离母星远近適中、表面可能存在液態水而非冰冻或沸腾的区域。
    如果地球围绕一颗质量更大的恆星运行，且距离不变，那么地球的公转周期会更短，同时地球也会被高温焚毁，因为质量更大的恆星亮度会呈指数级提升。
    一颗质量是太阳两倍的恆星，亮度並非太阳的两倍，而是约十倍。我们也不可能存在於这样的恆星周围，因为质量两倍於太阳的恆星寿命仅10亿年多一点，而太阳的年龄是46亿年。
    太阳诞生40亿年后，地球上才出现最初的动物，还不是复杂动物，海绵通常被认为是地球上最早的动物。
    因此，我们並非只是寻找遥远恆星周围的行星，过去十年我们已经发现了数千颗系外行星，我们真正寻找的是每一个恆星系统中宜居带內的行星。
    克卜勒望远镜採用的凌日法是探测系外行星的有效方法之一。例如，如果我们观测到一颗质量约为太阳一半、亮度约为太阳五倍的恆星，每750天出现一次持续一天左右、亮度下降不到1%的情况，就可以判断这颗恆星周围存在一颗大小与地球相近的行星，距离母星约1.8个天文单位，也就是日地距离的1.8倍。
    这颗行星接收到的恆星辐射量约为地球的1.5倍，温度较高，但或许仍处於宜居范围。
    我们不会关注遮挡光线超过1%的行星，因为这类行星体积过大，不可能是宜居的岩质行星；而遮挡光线远超过1%的天体，体积会极其庞大，即便在那样的轨道上，也远超气態巨行星的尺寸。
    当我们连续数年、每天收集15万颗恆星的观测数据时，不会直接查看原始数据，而是通过计算机筛选出我们需要的信息。
    接下来进入第三个主题：**塔比星的异常现象**。
    塔比星的质量是太阳的1.5倍，亮度是太阳的五倍，我们观测到它出现了两次异常亮度下降：第一次下降幅度为15%，第二次为22%。
    第一次下降发生在2011年3月，第二次在2013年2月，两次间隔约750天。
    克卜勒望远镜於2009年3月发射，因此我们恰好错过了2009年的那次可能的亮度下降；而2015年4月望远镜出现故障，又错过了当年的下降。
    2017年5月我们再次观测到了亮度下降，这次下降幅度极大，且完全不符合宜居带类地行星的特徵。
    以这样的公转周期和距离，这颗天体接收到的辐射量比金星还多，体积也远大於木星。
    第二次大幅亮度下降的过程极不规则，亮度先大幅下降，再轻微回升，隨后又继续下降，这种表现更像是双行星同时凌日，或是多颗行星偶然匯合后一同从恆星前方经过。
    在此之前，没有人预测到这一现象会发生，而发现这一异常的，是“行星猎人”项目中手动筛查数据的公民科学家志愿者。
    “公民科学家”只是一个好听的说法，我更愿意称他们为业余天文学家，天文学发展一直以来都离不开业余爱好者的贡献。无论如何，我很讚赏这种让更多人参与到行星探测中的举措。
    眾筹资金和志愿者参与，正逐渐成为政府或大型企业研究之外的一种可行替代方式，尤其在搜寻地外文明和天文学领域，我认为这一趋势极具意义，未来也会有更多相关探討。
    我们没能及时观测到2015年初的第三次亮度下降，否则可以在克卜勒望远镜故障期间，用其他设备进行观测。
    当天文学家发现这一异常时，都感到极为震惊，这颗恆星也因此被戏称为“wtf星”，官方说法是“亮度异常波动之星”，我个人更倾向於直译“到底是什么情况”。
    最终，人们不再使用它的克卜勒星表编號或这个非正式暱称，而是以研究团队的第一作者、天文学家塔比莎·博亚吉安的名字命名它为“塔比星”。
    她也主导了眾筹项目，筹集资金用更多设备、在更多波段对这颗恆星进行详细观测。
    这就是塔比星的异常现象，我们恰好错过了2009年克卜勒发射前的那次下降，又因设备故障错过了2015年的下降，因此目前掌握的数据依然有限。
    第四个主题：**这些观测数据能告诉我们什么**。
    首先，如前所述，在这样的轨道距离上（略小於日地距离的两倍）出现如此大幅度的亮度下降，说明遮挡天体的体积极其庞大，远大於木星。
    其次，这个天体接收到的辐射量比地球多50%，温度更高。
    需要说明的是，塔比星是一颗f型主序星，或是处於演化晚期的亚巨星，它的亮度略高於同质量的主序星，但远不及红巨星。
    此前人们认为这是一颗接近生命末期的年老恆星，但这一观点近期受到了质疑，后续会详细说明。
    这类质量的恆星寿命约30亿年，而太阳的年龄是46亿年。这里我要先强调一个和外星假说相关的关键点：这颗恆星的最大寿命，差不多相当於地球上多细胞生命刚刚出现时太阳的寿命。