「三体」の現実世界はどこにあるのでしょうか？

最近、「三体」のアニメが公開され、瞬く間にネット全体に衝撃が広がり、その日のうちに動画の再生回数が1億回を突破した。

『三体』が人気を博している理由は、その内容の多くが現実世界から来ているからです。たとえば、三体銀河には原型があります。

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三体人の故郷

それは私たちにとってとても「近い」ことがわかりました

「三体問題」という題名は、アルファ・ケンタウリとも呼ばれる 3 つの星からなる星系に由来しています。名前の「α」は、この星がケンタウルス座で最も明るい星であることを意味します。地球上では、人間の目では夜空のこの明るい点が三重星系であるとは分からないからです。

ケンタウルス座。左下隅にある最大の星がアルファ ケンタウリです。画像出典: Visual China

アルファケンタウリは太陽に最も近い恒星系であり、この隣人は地球からわずか 4.3 光年しか離れていません。この距離はどれくらい近いですか？太陽系の端にあり、多くの彗星が生息するオールトの雲は、太陽から約 2 光年離れており、これは太陽からアルファ ケンタウリまでの距離の半分に相当します。

アルファケンタウリと太陽の間の距離の図。画像出典: Wikipedia

アルファケンタウリは近いため、夜空で非常に明るく見えます。その明るさはシリウス、カノープスに次いで恒星の中で3番目に明るい。しかし、空におけるその位置はあまりにも「低い」ため、我が国では、南部のいくつかの省の人々だけがそれを見ることができます。

アルファ・ケンタウリは、SF作品では常に名誉あるゲストとして登場してきました。 『三体』のほか、『流転地球』における地球の行き先でもある。 「アバター」のパンドラもここにいます。 『銀河ヒッチハイク・ガイド』の宇宙人でさえ、地球人にこう言った。「アルファ・ケンタウリにも行ったことがないのか？それは残念だ！」

実際の星空ではアルファケンタウリ（写真の右下隅の明るい星）、アンテナの上にはベータがあります。画像出典: Wikipedia

小説『三体問題』では、トリソララン人は、惑星が 3 つの恒星の複合的な影響によって影響を受けた時代を「混沌の時代」と呼んでいました。三体惑星の混沌の時代では、季節も昼夜も予測できない混沌とした状態にあった。かつて、三つの星は一直線に結ばれ、巨大な重力が三体たちを天空へと吸い上げていた。

混沌の時代の反対は安定の時代です。安定期のシンボルは2つの飛星（空の2つの明るい点）で、これは2つの星が飛び去り、三体惑星が一時的に1つの星の影響のみを受けることを意味します。これは現在の地球と同じです。

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しかし、トリソラ人が本当にアルファケンタウリ系に住んでいるのであれば、混沌の時代の到来を心配する必要は実際にはない。

3つの星のうち、アルファケンタウリAとアルファケンタウリBは太陽とほぼ同じ大きさです。これらは連星系を形成し、互いの周りを回転します。両者の間の最も遠い距離はわずか30天文単位（AU）以上で、これは太陽から冥王星までの距離とほぼ同じです。

アルファ ケンタウリ A と B からなる連星系と、それらを周回する惑星、および太陽を右上隅に描いた想像図。画像提供: NASA

3 番目の星、アルファ ケンタウリ C は、太陽よりも小さくて暗い赤色矮星であり、この連星系から遠く離れたところを周回しています。この「遠い」というのは、約 15,000 天文単位という非常に遠い距離です。この距離は何を意味するのでしょうか？太陽系から最も遠く離れた有人探査機であるボイジャー1号は、150天文単位未満の距離を飛行するのに41年を要した。アルファケンタウリCの他の2つの星を見ると、それらは輝かしい星空の中にある2つの普通の小さな明るい点にすぎません。

太陽、アルファ ケンタウリ A、アルファ ケンタウリ B、赤色矮星アルファ ケンタウリ C (プロキシマ) の大きさの比較。画像出典: Wikipedia

2つ星システムは安定して動作できます。これらは共通の重心の周りを回転します。それらに従えば、トリソララン人は幸せに暮らすことができます。遠くの星Cを追っていけば、基本的に2つの遠くの星の影響を心配する必要はなく、生活も同じように快適に過ごせます。

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彷徨い、三体惑星へ…？

「見てよ、子供たち、あれはケンタウルス座、プロキシマ・ケンタウリ、それが私たちの新しい家よ！」 - 流浪の地球

小説『流転地球』では、太陽が「ヘリウムフラッシュ」を経験しようとしているため、人類は「あちこち」移動しなければなりません。人類の最終目的地はプロキシマ・ケンタウリ、つまりアルファ・ケンタウリCと呼ばれ、2つの兄弟から遠く離れた軌道を周回する赤色矮星です。

太陽系からアルファケンタウリ系までの距離。画像出典: The Wandering Earth

人類がこの星を選んだのは、近いという理由だけでなく、その寿命が太陽よりもはるかに長いという理由もあった。プロキシマ・ケンタウリは質量、体積、温度の点で太陽よりもはるかに弱いため、核融合は非常に遅く、寿命は数千億年、あるいは数兆年に達する可能性もあります。現在の宇宙の寿命はわずか 138 億年なので、赤色矮星は「空と同じくらい古い」と言えます。

さらに、赤色矮星は老齢になっても太陽のような巨大な赤色巨星にはならないので、地球が赤色矮星の近くにいても全く安全です。

赤色矮星の想像図。画像出典: Wikipedia

劉慈欣は人類にとって良い目的地を見つけたようですね？実際にはそうではありません。

赤色矮星の核融合反応は非常に弱いため、外部に放射されるエネルギーはごくわずかで、居住可能領域（水が液体の状態で存在できる領域）は恒星に非常に近い。プロキシマbは、プロキシマ・ケンタウリの居住可能領域に位置する、人類が発見した惑星です。この衛星はプロキシマ・ケンタウリにほぼ「接近」しており、両者の距離は水星と太陽の距離のわずか8分の1である。

プロキシマ・ケンタウリとその居住可能領域内の惑星：プロキシマ b（右側の惑星）。画像提供: NASA

これほど接近して周回すると、2つの恐ろしい結果が生じることになります。まず、プロキシマ b は水星のように恒星に潮汐固定されており、片側は常に恒星に面していますが、もう片側は太陽を見ることはありません。第二に、プロキシマ・ケンタウリは非常に気性が荒いです。 2017年、プロキシマ・ケンタウリから強いフレアが噴出するのを観測しました。その明るさは10秒間で1,000倍に増加しました。プロキシマbが受けた放射線は、地球が通常受ける太陽フレアの放射線強度の4,000倍にも達した。これほどの強力なダメージであれば、三体文明すらも直接的に破壊されるだろうと予想されます。

プロキシマ・ケンタウリの爆発によるフレア効果の画像。画像提供: NASA

しばらくはアルファケンタウリ連星系に留まる必要がありそうです。

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「星は比類のないものだ」

小説『三体問題』では、三体星人が地球を占領しようとする主な理由は、三体問題を解くことができないことである。

いわゆる三体問題とは、3 つの星が一緒に運動する法則を指します。トリソラ人はこの法則を利用して将来を予測し、悪天候に備える必要があります。 3 つの恒星と 3 つの惑星は実際には 4 体問題ですが、惑星の質量は恒星に比べて非常に小さいため、モデルでは簡略化されています。

人類は三体艦隊の「先鋒」である航空機小滴をテストしている。画像出典: 私の三体問題: 張北海の物語

一見単純に見える 3 つの物体の運動システムは、実は非常に複雑です。これらは動きの間ずっと互いに影響を及ぼし合い、軌道は不規則に変化します。ニュートンの力学体系が確立されて以来、三体問題はすべての偉大な科学者を悩ませてきました。 1899 年まで、「物理学と数学の最後のジェネラリスト」として知られるポアンカレは、論文の中で三体問題を次のように定義しました。「この問題には解法がありません!」

ポアンカレが「解がない」と言ったことは、解がないという意味ではありません。なぜなら、3 つの星は、いつでも位置と運動量に確実に対応するからです。これらはすべて数値解です。人々はこれらの解決策を数式で表現することができません。ただし、初期条件に基づいて、特定の時点での数学的解を計算することは可能です。

このように考えると、トリソララン人はコンピューターを使って、今後数万年の間に3つの星の位置を計算することはできないのでしょうか?しかし、状況はそれほど単純ではありません。

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私たちは皆、「バタフライ効果」という言葉を聞いたことがある。アメリカで蝶が羽ばたくと、東南アジアで嵐が引き起こされるというものだ。これは天気が混沌としたシステムだからです。混沌としたシステムでは、小さな変化の影響は指数関数的に増大し、この倍率は短期間で天文学的な数字に達します。人間もコンピューターもこれらの影響を計算することはできません。そのため、来週は天気予報では雨が降ると予想されていますが、実際は晴れています。わずかな違いが大きな違いにつながる可能性があります。

飛行機によってかき混ぜられた気流はカオスモデルです。画像出典: Wikipedia

三体問題はまさに混沌としたシステムです。宇宙のあらゆる惑星、さらにはあらゆる塵の粒子の乱れ、さらには三体歩行者の呼吸や動きは、長期的には三つの星の動きに嵐のような決定的な影響を及ぼし、予測を無意味なものにするでしょう。

三体問題はすでに非常に複雑ですが、地球は9つの惑星からなる太陽系の中で安定して活動することができます。まさに奇跡と言わざるを得ません！ポアンカレは三体問題に関する論文の冒頭で次のように書いています。

「星を超えることはできない！」

出典：中国ナショナルジオグラフィックブック

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