天鹅座恒星塔比星最近因为亮度异常变化引关注。因其它猜测无法解释，一些科学家认为可能是外星文明在其周围建造“戴森球”引发。
文/记者 刘辛味（实习） 图文编辑/李乃麟
新媒体编辑/吕冰心
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天鹅座恒星塔比星最近因为亮度变暗了2.5%而引起天文学家关注。在过去的四年里，它的亮度还两次分别变暗15%和22%
塔比星的奇特之处在于，上述亮度变化幅度远远大于正常的行星遮挡恒星所引起的变化，而且不具有典型的周期性
这一现象引发了关于有外星文明建造了巨大的戴森球，将恒星包裹住的假设
截止目前为止，并未发现塔比星存在外星文明的迹象
戴森球是一个假想的巨型结构，能完全包裹一颗恒星并收集它的绝大部分或全部能量，同时它还有“戴森云”、“戴森环”、“戴森泡”、“戴森壳”等“变体”
宇宙中的恒星成千上万，可是在刚刚过去的五月，全世界各大望远镜都对准了同一个目标：一颗距离地球1480光年的天鹅座恒星。2017年5月19日，这颗名叫塔比星的神秘恒星被观测到亮度比几天前变暗了2.5%。而在开普勒望远镜对它进行观测的四年里，它的亮度曾经下降15%和22%。要知道，即使是“金星凌日”这样的现象，造成恒星亮度变化也只有不足1%。因此，塔比星又被称为“宇宙中最诡异的恒星”。
▲最新的星变曲线，幅度最大变化约为2.5%
科学家们通过数据分析排除了各种可能使其亮度变化的情况。在几种解释中，戴森球（Dyson Sphere）是最引人注目的一种。一些科学家认为，可能是外星文明在这颗恒星周围建造了一个巨大的结构，用于开采或利用恒星能。
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忽明忽暗，这颗叫“塔比”的星星不一般
在介绍戴森球之前，咱们先来认识一下这颗塔比星。
这颗恒星的代号为KIC 8462852，KIC为开普勒望远镜输入目录缩写。2015年9月，这颗恒星的最初发现者耶鲁大学天文学家Tabetha Boyajian深入分析数据后发表了第一篇有关它的预印论文，所以这颗星也被称为塔比星（Tabby's Star）或Boyajian星，位于距地球1480光年，是天鹅座的F型主序星（光谱类型F，发光度等级5，质量为太阳的1-1.4倍，表面温度在6600-7600K之间）。
其实塔比星只是宇宙中众多恒星中普通的一颗，离地球这一距离上的恒星都有上千万颗，但它为什么如此特殊呢？这要从观星说起，开普勒望远镜用“行星凌星法”寻找太阳系外行星。当较小的行星围绕恒星转至朝向地球一面时，发生类似“金星凌日”现象，恒星的光被行星遮住而光强减弱。天文学家通过光亮变化来确定行星的周期、半径、轨道倾角等再进而推算质量等参数。通常来讲，凌日恒星的光变曲线非常平滑并且是周期性呈现的，亮度变化不足1%，如图所示。
▲纵轴为光亮度、横轴为时间（图片来源：wiki）
但是塔比星的信号并不普通，天文爱好者们发现了这颗恒星的奇特之处，引起了Boyajian重视，她重新分析了开普勒4年中的观测数据，发现一些难以解释的现象！塔比星的亮度有数个非周期性的小骤降，每次降低的强度也不一致，另外还有两个大骤降约每750天发生一次，这和大量小型物体以密集队形围绕该恒星运行的结果高度吻合。一次，它在被观测的第790天时下降了15%，另一次在1520天时下降了22%。
▲模拟变暗视频（观看请点击http://t.cn/RS6K0OL）
▲塔比星的光变曲线，下图为局部放大，其中纵轴为亮度（勒克斯），横轴时间（天）
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分析了各种原因，还是戴森球可能性最大
Boyajian在论文中对于这种异常现象分析了多个可能的原因，包括数据分析软件的数据处理上的误差；恒星内部异变；附近矮星的影响；尘埃团环绕造成的遮挡等，尘埃团来自小行星带的碰撞或者巨大行星冲击造成，也可能是某个行星本身的尘埃盘所造成的。这种情况下天体的红外辐射会大于正常的自身的红外辐射，产生所谓的“红外超”，但与观测数据不符。
她还推测可能是某个巨大的彗星所致，不过这个彗星要跟这颗恒星差不多一半大，历史上人们从未观测到如此之大的彗星，所以这个解释也非常牵强。
▲行星受到冲击产生的巨大的尘埃团【想象图】（图片来源：wiki）
▲行星碰撞想象图（图片来源：https://exoplanets.nasa.gov/resources/26/）
因为这些难以解释的现象在天文学研究中并不罕见，所以Boyajian的论文发表后并没有引起太多重视。但宾夕法尼亚州立大学天文学家Jason T. Wright不淡定了，他在2015年10月15日发表了一篇论文，讨论了外星文明在恒星上建造巨大建筑的可能性，提出极限情况下这是一颗完整的“戴森球（Dyson Sphere）”。也就是说，这次“凌日”的并非行星，而是一个“人造建筑”。
与外星人沾上了边，这颗恒星不火也难啊！目前开普勒望远镜的精度已经可以达到通过星变曲线的反常形状来判断不同形状的“人造建筑”所致的凌星现象，比如圆形、三角形、甚至是百叶窗似的结构。
Wright在长达25页的论文中详细讨论了10类不同的星变曲线反常，分析到底是人工建筑还是多种不同自然现象的混合。作者又拿塔比星和另外两个已被认为是反常曲线的行星对比，发现了曲线形状高度一致性，所以最后认为对塔比星有外星文明的可能，继续探索会对我们寻求地外生命有所帮助。
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后续研究并未发现塔比星存在外星文明
目前世界各地的望远镜都在密切关注神秘奇怪的塔比星，包括着名的SETI（搜寻地外文明计划）协会的艾伦望远镜阵列，希望能从塔比星听到智慧生命的声音。但到目前为止，并没有直接证据显示塔比星存在外星文明。
此恒星能量达10^27瓦，科学家认为如果外星文明有能力建造“戴森球”，那么所发出的电磁波足以被地球接收到。
不过反过来想，能建戴森球的科技，可能不会发射检测波段如此低能的信号。虽然没能发现外星文明的直接证据，对于变暗现象正常的天文学假设依旧难以解释，天文学家更相信是观察视线上途经塔比星或者环绕其周围的天体的吸积盘，比如黑洞，但如此之大的天体会被观测到，也有另一些天文学家推测是巨大的彗星群所致。
2016年8月加州理工学院天文学家Benjamin T. Montet观察到塔比星平均每年亮度下降0.34%，200天内会下降到2.5%，然后再恢复到之前的速度，并且用同样的手段观测了它周围的193颗恒星和355颗与它大小和成分与其相似的恒星，都没有发现亮度变暗的情况。最新的解释是提出恒星周围有一个超大的特洛伊小行星群围绕塔比星运行，但这些假设的缺陷似乎继续为“戴森球”的可能性又加了砝码。
▲致力于搜索地外明的艾伦望远镜阵列，图中这样的天线共有42个。（图片来源：http://t.cn/RS6ox7s）
延伸阅读：
戴森球到底是个什么球？
戴森球是一个假象的巨型结构，能完全包裹一颗恒星并收集它的绝大部分或全部能量。这一概念最早源于英国科幻小说家奥拉夫·斯塔普顿（Olaf Stapledon 1886-1950）1937年所著小说《造星者》（Star Maker）中。
后来，著名物理学家弗里曼·戴森（Freeman Dyson 1923-）1960年发表于论文“搜索人造恒星的红外辐射”普及了这一理论，他推测这种结构是科技文明逐渐上升，对能源需求加大后必然的逻辑结果，也是人类长期生存的保证。
▲已93岁高龄的弗里曼·戴森，美籍英裔物理学家与数学家，同时也是一位作家。
他建议通过搜索这类结构以便寻找更先进的外星文明。不同类型的戴森球以及它所能吸收能量的多少能够对应卡尔达肖夫指数（Kardashev scale）所衡量的科技进步。
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根据所能够利用的能源量级将文明分为三型
1964年，俄罗斯天体物理学家卡尔达肖夫提出根据一个文明所能够利用的能源量级，来量度文明层次及技术先进程度，他首先把文明分为了I型、II型和III型。
I型为行星文明，所驾驭的能量为10^16W，可以使用和存储其母星到达其他行星的全部能力量。目前我们地球文明还达不到完全的I型，物理学家加来道雄认为人类可能在100-200年左右达到I型文明。
II型文明是可已利用其母星的全部能量，例如太阳的能量4×10^26W。戴森球就是II型文明的代表性结构。
III型文明是能控制星系的能量，获得约4×10^37 W的能量，几乎与银河系能量相当。卡尔达肖夫指数后续还延伸出0型，IV甚至V型等等，就不再赘述了。
▲戴森球想象图 （图片来源：http://t.cn/RS6oXN9）
有些人认为戴森球是个恒星的保护壳，还不能这么理解。这种结构是为了最大利用恒星的能源，相比于保护，戴森球的意义在于使用恒星的能量。戴森球大多被认为是恒星周围建造成一个空心的机械球体，但戴森本人对于这个看法并不认同。他认为应该以“生物圈”的形式包括围绕的恒星周围的太阳能收集器或独立轨道上的物质群等等。
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戴森球延伸出多个变体
戴森球还延伸出了很多变体。最接近原始概念的便是戴森云（Dyson swarm），由大量独立的太阳能卫星和空间站环绕运行，据认为这种结构便于建造，在施工方面便于部件合成，部件之间可以通过无线形式传输能量。但缺点在于建在轨道之上，轨道力学决定了戴森云的运行会极其复杂，部件越多轨道越不稳定。其中最简单的就是戴森坏（Dyson ring）
▲戴森环是戴森云的最简单形式，轨道半径约为1个天文单位（地球到太阳的平均距离，约1.5亿公里） ，而收集器的直径会达到1.0×10^7 km（图片来源：wiki）
第二类戴森球与戴森云非常相似，称为戴森泡（Dyson bubble）同样有许多独立结构并可以逐步建成，但不是在轨道上而是利用巨大的光帆所接受辐射压力与恒星的引力平衡，悬停在空间中。这种结构的优点是彼此独立而且对于恒星的位置固定，不会有碰撞的危险。一些理论计算出建造这样的光帆所需要材料面密度为0.78g/cm^2，是普通A4纸的百分之一。最为可能的材料是石墨烯，但现在大尺寸石墨烯膜才不过几平方米……除了考虑材料结构，还要考虑到对于太阳能的吸收功率等等一些列问题，距离天文单位级别的构造还有数光年那么远吧！
▲戴森泡（来源：wiki）
第三种变体通常在科幻小说中被描述为戴森壳（Dyson shell），一个均匀的壳型结构环绕在恒星外部，这样的结构将会完全改变中央恒星的辐射，并将拦截恒星的能量100%输出的功率。而且，这种巨大表面结构还可被设计为可居住的，是一种理想的戴森球。
但是，这种球壳结构中有个致命的问题，经典力学中球壳内部的引力为零，可能会导致球壳与星体发生碰撞造成毁灭性的灾难。球壳上的组织需要设计出一种推进装置来抵消任何形式的漂移或逃逸。如果表面上还有生物居住，则要防止掉入壳内，所以又有人提出双层球壳的想法，两壳之间构成人工引力场来保证平衡以维持生存，但继续延伸出照明问题。当然，这一切都关乎材料问题，都是难以逾越的困难。
还有一些其他类型的戴森球的设想，如戴森网（Dyson net）、气泡世界（Bubbleworld）、恒星发动机（Stellar engine）等，但这些还没进入到理论计算的程度。
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“戴森球”的概念经常被用在科幻小说上
科学家们脑洞大开并认真研究的事情距离我们今天的科技水平太过遥远，戴森球的概念更多延伸在科幻小说、影视作品中，例如由老“X教授”出演的《星际迷航：下一代》中故事就发生在一个完整的戴森球上。
回到塔比星上，至于是否真的有外星文明，我们所观测到的也是1400多年前的事了，万一人家真是戴森球，那以我们现如今的科技还难以理解。霍金就一直以悲观的态度对待地外文明，不断放言“远离外星人”。当然，天文学家们需要更谨慎地寻找有关塔比星的靠谱科学解释。
参考文献：
1.https://en.wikipedia.org/wiki/KIC_8462852#cite_note-Montet2016-40
2.https://en.wikipedia.org/wiki/Dyson_sphere
3.Boyajian T S, LaCourse D M, Rappaport S A, et al. Planet Hunters IX. KIC 8462852–where's the flux?[J]. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2016, 457(4): 3988-4004.
4.Wright J T, Cartier K M S, Zhao M, et al. THE SEARCH FOR EXTRATERRESTRIAL CIVILIZATIONS WITH LARGE ENERGY SUPPLIES. IV. THE SIGNATURES AND INFORMATION CONTENT OF TRANSITING MEGASTRUCTURES[J]. The Astrophysical Journal, 2015, 816(1): 17.
5.Bodman E H L, Quillen A. KIC 8462852: Transit of a Large Comet Family[J]. The Astrophysical Journal Letters, 2016, 819(2): L34.
6.Harp G R, Richards J, Shostak S, et al. Radio SETI observations of the anomalous star KIC 8462852[J]. The Astrophysical Journal, 2016, 825(2): 155.
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