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涅墨西斯星

涅墨西斯星（英语：Nemesis，又译复仇女神星），亦称太阳伴星、黑暗伴星，是于1984年首次提出的[1]一颗为了解释地球周期性大灭绝的原因而假设存在的一颗非常暗淡的褐矮星[2]或红矮星[3]，其近日点为一光年，远日点则为三光年，距离太阳95,000天文单位（1.5光年），为假定中太阳的伴星。[2]现时尚未有证据证明其存在。

艺术家想像的涅墨西斯星及太阳

大灭绝周期

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1984年，古生物学者大卫·劳普和Jack Sepkoski发表了一篇论文，宣称他们利用不同形式的时间序列分析，发现了过去2.5亿年内物种灭绝率存在统计上的周期性。[4]他们透过海洋脊椎动物、无脊椎动物和原生动物的化石来研究灭绝强度，确定了该时间范围内的12次大灭绝事件。大灭绝之间的平均时间间隔为2600万年。当时，识别出的灭绝事件中有两个（白垩纪-第三纪和始新世-渐新世）与大撞击事件的时间相吻合。尽管二人无法确定其假定的周期性的原因，但他们提出，灭绝事件可能和地球以外的因素有关。此后很快就有几个天文学家团队提出了提出解释的机制。[5][6]

2010年，堪萨斯大学天体物理学家梅洛特（Melott）与古生物学家班巴奇（Bambach）重新检查了化石数据，包括了新改进的年代测定，并且除Raup和Sepkoski使用过的以外，另外使用了第二个独立的数据库。他们发现了一个信号，显示5亿年前至今，灭绝率以2700万年为周期大幅上升，其统计显著性远高于旧作。他们还确定这种周期性与太阳伴星假说不一致：考虑到过去5亿年中与太阳近距离相遇的恒星的影响，太阳伴星的轨道会发生变化，因此灭绝周期也应该随之改变，而不是如此精确[7]。而从2600万年到2700万年的变化，是因为相比Raup和Sepkoski当时使用的时间尺度，新的地质时间尺度“拉伸”了3%。[8]

太阳伴星假说的发展

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为解释劳普和Sepkoski提出的大灭绝周期，同年，两个天文学家团队分别独立地在同一期《自然》上发表了相似的假说，其中一个团队是Daniel P. Whitmire和Albert A. Jackson IV，另一个是马克·戴维斯、皮特·赫特（英语：Piet Hut）和理查德·A·穆勒。[5][6]这种假说认为，太阳可能有一个未发现的伴星，其椭圆轨道非常扁，会扰动奥特云中的彗星， 令大量彗星造访内太阳系，导致地球上撞击事件更频发。该假说被称为“涅墨西斯”（Nemesis，即希腊神话中的复仇女神）或“死星”（Death Star）假说。

1980年代的计算显示涅墨西斯星会因附近恒星和银河系的引力，而有一条不规则的轨道。[8]

即使确实存在，涅墨西斯星的具体性质仍是不确定的。穆勒认为它最可能是一颗红矮星，其视星等在7到12之间，[9]而Daniel P. Whitmire和Albert A. Jackson则认为它是褐矮星。[5]如果是红矮星，它应该早已记录于星表中，但只能通过测量其视差来确认；由于绕太阳运行，它将具有较低的正常运动，并且可能逃过较老的行星自行观察，这种观察发现了像9等巴纳德星的恒星（1916年发现巴纳德恒星的自行）[10]。穆勒预计调查到10等星时能发现涅墨西斯星。[11]

穆勒参考1100万年前的最近一次大灭绝，基于一个假想的轨道，假定复仇女神的半长轴长约1.5光年（95,000天文单位）[9]，并认为它位于（受Yarris支持，1987）长蛇座附近，该假想轨道由一些形成了符合穆勒假设规格的轨道弧（英语：orbital arc）的非典型长周期彗星的原始远日点推导出来。理查德・穆勒最近与涅墨西斯星理论有关的论文于2002年发表。[9]2002年，穆勒推测涅墨西斯星在4亿年前被一颗经过的星球干扰，致使其轨道从圆形变成偏心率为0.7的椭圆。[11]

在一篇2017年的论文中，Sarah Sadavoy和Steven Stahler主张太阳在形成之初很可能是双星系统的一部分，这使他们认为“很久以前，涅墨西斯可能是存在的”。[12][13]这颗恒星可能在数十亿年前从双星系统中分离出去了，这使之无法用于解释最近的大灭绝周期。针对该研究，道格拉斯·凡柯（英语：Douglas Vakoch）对《商业内幕》表示：“如果太阳真的在早期是双星系统的一部分，那它早期的双胞胎应该有个亲切的名字，例如Companion，而不是耸人听闻的Nemesis。”[14]

塞德娜的轨道

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塞德娜的轨道与太阳系其他主要天体的轨道比较

海王星外天体塞德娜有着一条十分长且极为椭圆的轨道[2]，近日点为76 AU，而远日点则为975 AU。[4]其轨道周期长约十万年。其发现者，行星天文学教授迈克尔·E·布朗在《Discover》杂志中指出“塞德娜不应该存在”，并解释其近日点不足以让太阳影响它，但远日点又不足以让其他恒星影响它。[15]因此，布朗认为另一个未知的高质量天体正在影响塞德娜的轨道。[2]这句话最终引起了第九行星的假设。

布朗指出，塞德娜更可能是在数十亿年前被另一颗非太阳伴星的恒星掠过太阳系时被拉出其原有轨道。[15]于2004年，布朗透过分析塞德娜的轨道数据和电脑模拟非太阳伴星经过的情景，进一步确认了这个主张。[16]

不过，也有人认为塞德娜运行轨道极大的偏心率可能暗示了涅墨西斯的存在，而这颗矮行星可能在太阳和涅墨西斯之间左右为难。[8]

探索计划

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在此之前，天文学家们曾尝试寻找涅墨西斯星。于1986年，加州大学洛伊施纳天文台尝试寻找涅墨西斯星，但以失败告终。[17]于1980年代，红外天文卫星亦无法找到涅墨西斯星。在1997年至2001年期间进行的巡天调查2微米全天巡天尝试寻找涅墨西斯星，亦终告失败。[2][18]

如果涅墨西斯星是褐矮星，那么在2009年开始的广域红外线巡天探测卫星（Wide-field Infrared Survey Explorer，简称WISE）计划中，则观测卫星可能轻易就找到它的踪迹。[19][20]透过使用更新，更强的红外线望远镜技术，天文学家已经能够侦测温度低至150 K，距离太阳系10光年远的褐矮星[19]，但天文学家使用这些技术，仍然找不到涅墨西斯星。[21][22]

截至2012年，天文学家发现了逾1,800颗褐矮星，惟没有任何一颗是位于太阳系内。[23]尽管如此，太阳系附近仍然存在许多褐矮星。[24]

但如果涅墨西斯星是红矮星，那么它应该早已被记录在星表中，即为已知。但是因为这颗星假设是围绕着太阳运行的，所以它的自行运动会很小。因此，传统的自行运动调查方法将无法用来寻找这颗星。[10]唯有用量度视差的方法，才可以发现这颗星（如有的话）。[11]

于2011年，美国国家航空航天局高级科学家大卫·莫里森指出，现在并无任何有力证据证明涅墨西斯星的存在。[21][25][26]

如果涅墨西斯星真的存在，未来的泛星计划或大型综合巡天望远镜天文观测应该可以发现它。[2][17]

争议

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2011年，科兰·拜勒-琼斯研究地球上的陨石坑，发现所谓陨石撞地球的周期性只是伪像，打击了涅墨西斯星说的正确性。[27]美国国家航空航天局则指出近期研究显示大灭绝并非有周期性的，因此涅墨西斯星在解释周期性大灭绝时，已失去存在价值了。[28]

另一方面，有研究显示，恒星掠过对海王星外天体轨道的影响的可能性比较涅墨西斯星高。[16]而马泰塞和惠特曼也指出，周期性大灭绝的原因并不一定是太阳存在伴星，并提出可能是因为太阳系在银河系平面上下摆动，并会摄动内奥特云。[20]其影响与伴星存在的假设相似，但其上下摆动周期仍有待观测。[29]

参见

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  • 世界末日
  • 《复仇女神》，艾萨克·阿西莫夫关于此星的一部小说。
  • 日本动漫《美少女战士》的反派团体之一，假想的第十颗（九颗）太阳系行星，又称“黑色月亮”。
  • 日本动漫《爆旋陀螺 钢铁战魂》系列中最大的反派角色拉格使用的爆旋陀螺－邪恶复仇者X：D，也是以太阳伴星作为该陀螺的对应星体，而太阳伴星在剧里也被称为“黑色太阳”。

参考文献

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  1. ^ Davis, Marc; Hut, Piet; Muller, Richard A. Extinction of species by periodic comet showers. Nature. 1984-04, 308 (5961) [2022-10-13]. ISSN 1476-4687. doi:10.1038/308715a0. （原始内容存档于2022-10-16） （英语）. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Leslie Mullen. Getting WISE About Nemesis. Astrobiology Magazine (Cosmic Evolution). 2010-03-11 [2010-05-15]. （原始内容存档于2010-03-14）. 
  3. ^ Leader-Post, "Scientists claim killer star exists" （页面存档备份，存于互联网档案馆）, 22 Feb 1984, Page B6, Associated Press 引用错误：带有name属性“Leader”的<ref>标签用不同内容定义了多次
  4. ^ 4.0 4.1 Raup, D.M.; Sepkoski, J.J. Periodicity of Extinctions in the Geologic Past (PDF). Proceedings of the National Academy of Sciences. 1 February 1984, 81 (3): 801–805 [30 April 2007]. Bibcode:1984PNAS...81..801R. PMC 344925  . PMID 6583680. doi:10.1073/pnas.81.3.801. （原始内容存档 (PDF)于2007-10-01）. 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 Whitmire, D.P.; Jackson, A.A. Are periodic mass extinctions driven by a distant solar companion?. Nature. 1984, 308 (5961): 713–715. Bibcode:1984Natur.308..713W. doi:10.1038/308713a0. 
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外部链接

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