《星际迷航》中的“八星系统”，在宇宙中真的存在吗？有何科学依据？

我们所拥有的宇宙往往比我们最疯狂的科幻梦所能想象的还要奇妙和奇异。 最小的物质量子的性质和组成，宇宙的起源和命运以及现实中看不见的，暗物质组成成分都是科学事实的例子。在人类所有关于科技进步将把我们带向何方的灵感梦想中，《星际迷航》也许是最有远见的。图注：尽管最明亮的恒星在任何天文图像中都占主导地位，但远不及较暗，质量低，温度低的恒星。 在星团Terzan 5的这一区域中，大量的恒星以各种配置绑定在一起。 其中可能存在一个难以捉摸的，从未见过的八星系统的例子。根据最新《星际迷航：皮卡德》提出了一个超越科学知识极限的新颖想法。虽然我们知道多星系统在宇宙中相当普遍，但这部新的科幻连续剧提出了八恒星系统的疯狂想法。 根据《星际迷航：皮卡德》的描述，它不仅是人为制造的，而且它的中心还有一个行星。

图注：银河系和周围天空中的恒星密度图，清楚地显示了银河系，麦哲伦星云（大小和最大）（我们的两个最大的卫星星系），如果仔细观察，则位于SMC左侧的NGC 104 6205在银河系核心的上方和左侧，NGC 7078在银河系的下方。 在可见光下，只有星光和挡光粉尘被显示出来，ESA的Gaia能够测量银河系中超过10亿颗恒星的性质。当我们仰望我们在天空中发现的光点时，这些光点都是一颗颗恒星发出来的。光是在银河系中就有4000亿颗这样的星体，似乎每一个微小的光点都是一颗独立的恒星。但这根本不是全部。

从1994年开始，成立了近地恒星研究联合会（RECONS），以调查和了解离地球最近的恒星。在过去的25年里，他们将搜索范围扩大到25个秒差距（约82光年）的距离，识别并测量了2000多个离家近的恒星系统。虽然几乎75%的系统与我们自己的太阳系相似——只有一颗恒星锚定了系统的其余部分——但事实证明，其余的多星系统占了整个恒星的大约一半。

图注：双星Kepler-16的光曲线，同时显示一次和二次日食。 事实证明，似乎是单光点的所有恒星系统中约有四分之一是紧密的双星，实际上许多紧密双星的恒星实际上也与其他恒星结合，产生三重，四重 ，甚至更复杂的恒星系统。根据探测，地球82光年内共有2168个恒星系统。然而，当你根据每个系统中恒星的数量来分解它们时，你会发现：

1533个单一恒星系统，

509个双系统，

102个三重系统，

19个四重系统，

四个五倍系统，

甚至1个六元组系统。

总而言之，在我们82光年以内有2959颗恒星，其中近一半（2959颗星中的1,416颗，占48％）是多星系统的一部分。

图注：如图所示，双子星座在其恒星中包含卡斯特（Castor）：整个夜空中第24颗最明亮的恒星，位于图像的左上方，略高于“双”星Pollux的右侧。卡斯特（Castor）是离地球最近的已知六重星系统。特别是六重星系卡斯特（Castor），自古以来就是天文界关注的对象，因为它是地球整个夜空中最亮的第24个恒星系统。它位于仅仅51光年远的地方，向我们展示了一个模板，如何让这么多恒星在一个系统中结合在一起。

卡斯特星由六颗单独的恒星组成，它们被三个独立的视觉组件捆绑在一起。最亮的部分，卡斯特A（Castor A），是一个紧密的双星系统，由两颗相互环绕的恒星组成，周期只有9.2天。第二个最亮的部分，卡斯特B（Castor B），也是由两颗恒星组成的，它们的轨道非常快：周期为2.9天。卡斯特A和B都由一颗明亮的年轻恒星组成，其亮度和颜色与天狼星相似，围绕着一颗微弱的红矮星运行。

卡斯特A（Castor A）和卡斯特B（Castor B）系统是结合在一起的，但彼此之间的距离很大；卡斯特A（Castor A）和卡斯特B（Castor B）完成一个环绕彼此的轨道大约需要445年。但第三个组成部分卡斯特C（Castor C）是另一个紧密的双星，由两颗红矮星组成。尽管它们以惊人的速度围绕着彼此运行，周期为19.5小时，但围绕着卡斯特A和B的旋转，卡斯特C系统需要高达14000年的时间才能完成。

图注：尽管实际上夜空中的所有恒星似乎都是单光点，但其中许多是多星系统，我们见过的大约50％的恒星束缚在多星系统中。卡斯特（Castor）是在25秒差距内具有最多恒星的系统：它是六重星系统。在引力的情况下，你可以在脑海中描绘出一幅正在发生的事情。只要你有一颗恒星，你就可以把两颗恒星放在那里，只要它们在我们太阳系的水星轨道或水星轨道的内部。这些紧密的双星系统使得很难有另一个物体在附近运行，但是只要你离这两个系统足够远（比如说，在土星轨道或更远的地方），你就可能在那里有另一个巨大的物体。

这让我们第一次看到了八重星系的样子。想象一下：

四个紧密的双星（A、B、C和D），每个双星轨道的周期很短，只有几天，

两对行星（A和B，C和D）在太阳系的尺度上彼此大距离地绕着轨道运行：在某种程度上超出气体巨星与太阳的分离的距离，

这两个四重系统（A和B双星以及C和D双星）彼此分离得很好，围绕着它们的相互质心运行。图注：从理论上讲，八对星系统可以很容易地构建，因为成对的日食双星可以形成两个四元系统，然后又将它们结合在一起。 在《星际迷航：皮卡德》中，这是在一个以“悲伤星球”艾雅为中心的构造系统的背景下实现的。

当然，我们还没有找到一个恒星系统，它有8个独立的恒星，在这个或任何其他配置中，所有的恒星都被束缚在一起。但是我们已经发现了两个七重恒星系统的例子，这两个恒星系统是螣蛇十四和尾宿九，都在几百光年之外，甚至肉眼都能看到。

螣蛇十四恒星系统由一个短周期（6天）的日食双星组成，它与稍远一点的第三颗明亮恒星相连，而这颗恒星又与另外两对恒星相连，使总数达到7颗。

另一方面，尾宿九恒星系统由一个典型排列组成：两个紧密的双星，每一个都有一个更遥远的三重伴星，其中一个与另一个巨大的恒星（形成一个四元系）相连，而另一个则与另一个三重星系相连。

图注：尾宿九系统，以图解的方式显示，但不是物理上正确的比例。请注意，如果系统的“B”或“C”成员是一个紧密的双星体，这可能是我们第一个成功的八重体已知的稳定恒星系统。这些系统是已知的仅有的两个七星系统，但它们仍然相对靠近。据估计，螣蛇十四离我们620光年远，而尾宿九离我们470光年远。只有几百万颗恒星存在于地球1000光年内，不到银河系恒星的0.01%。

如果在肉眼可见的几千颗恒星中（在银河系的4000亿颗恒星中）有多个七重系统，那么如果八重系统（或非八重系统）不是自然发生的话，这似乎是一个不可思议的巧合。毕竟，仅在尾宿九系统中，如果尾宿九B或尾宿九C（或两者）都是短周期的双星，那么引力动力学就可以很好地计算出来——也就是说，系统仍然保持稳定。

图注：这张图片展示了哈勃望远镜拍摄的开放星团NGC 290。星系中的恒星形成区域可以产生这些密集的恒星团，数量数以千计，其中多恒星系统是常见的。很难想象，一旦我们的观测达到了可以分辨每个引力束缚系统中有多少恒星的程度，我们就会发现自然形成的八重恒星系统。我们甚至不需要《星际迷航》中那种认为是智能外星文明，将这些恒星置于它们目前的形态中的自负；八重系统可能还没有在自然界中被揭示出来，但它们应该以某种不可忽略的频率存在。银河系中有数千亿颗恒星可供利用，如果我们银河系中没有至少数千个，甚至数十万个或更多的八星系统，那将是一个相当令人惊讶的现象。

然而，令人惊讶的是，在《星际迷航》中所有恒星的共同质心发现一颗行星，八个“太阳”围绕着一个被称为“悲伤星球”艾雅的星球存在：其中包含一台几十万年前建造的机器。这台机器的目的是警告未来文明不要发展合成生命。

图注：位于这个人工建造的八重星系统中心的“悲伤世界”艾雅的配置使一切倒退。 恒星系统应该是自然发生的事物； 行星是唯一需要移动的东西。合成生命的发展最终是否会证明是人类的毁灭，这是一个在科幻小说领域探索的问题，因为人工智能的使用（和滥用）是一个我们今天仍处于探索初级阶段的伦理问题。但是在一个八重恒星系统的质量中心，有一个行星的存在对于引力动力学科学来说是一个完美的问题。

对于我们太阳系中的这类问题，我们有一个完美的类比：围绕任何围绕太阳运行的行星存在的五个拉格朗日点。拉格朗日点是太阳和行星的引力全部抵消的位置，使得物体在围绕太阳的轨道上与行星处于同一周期。对于其中的两个点（L4和L5），物体可以是稳定的并且永久地保持在那里。对于其他（L1、L2和L3），位置不稳定。如果没有恒定的轨道修正，物体将在引力上变得不稳定，并将在短时间内被射出，至少在天文时间尺度上是这样。

图注：地球=太阳系统有效势的等高线图。 L1，L2和L3点是不稳定平衡的示例，其中位于该位置的物体将需要恒定的推力校正才能保持在那里。 L4和L5处的物体甚至在天文时标上也可以保持稳定。这对作为对未来文明的警告的“悲伤世界”艾雅意味着什么？这意味着，八角星系统很可能是他们发现的自然存在的实体，然后他们移动了一颗行星，而不是一系列恒星，到这个准稳定的位置。

通过给行星配备一系列的推进器，就像我们给我们放置在面向太阳（L1）和面向太阳（L2）的拉格朗日点的航天器配备推进器一样，它可以在一段时间内保持相对于其他恒星的位置，甚至超过数十万年。在同一个系统中，很容易有8、9甚至更多的恒星在数百万年甚至数十亿年内结合在一起。

但是如果你想要一个位于所有行星质量中心的行星呢？这不可能自然发生。然而，如果有人对最小化建造这样一个系统所需的能量感兴趣的话，他们会把精力花在移动和精炼一颗行星上，而不是操纵8个质量比恒星大得多的不同物体上。《星际迷航：皮卡德》也许已经正确地了解了该系统的科幻方面，但是如果选择绕动多颗恒星而不是一个低质量的行星，那么艾雅系统的那些古老建造者就做出了极其浪费的决定。