第四章 南河三与鲁坦星
南河三是位于小犬座方向的一颗视星等为0.34的恒星，也被命名为小犬座α星。是从地球上可以观测到的全天恒星亮度列表中第9亮的恒星，同时也是小犬星座最亮的恒星。南河三位于天狼星的东北方向。根据现代天文观测手段观测，南河三是一个由两颗恒星组成的双联星系统，其主星为南河三A，是一颗白色F5IV–V型主序星，伴星为南河三B，是一颗DQZ型白矮星。该恒星双联星系统距离太阳系约为11.46光年。
从遥远的地球看过去，南河三是一组明亮美丽的双联恒星系统，主星南河三A视星等0.38等，绝对星等2.**等，距离地球大约11.46光年，比天狼星稍远一些，这是一颗F5IV型的亚巨星。南河三A的光度为太阳的7.5倍，表面温度大约为6510℃。南河三A与天狼星相比，其颜色有些发黄。
南河三A是一颗光谱为F5IV—V型，光度是太阳亮度的7.5倍的黄白色主序星。在郝罗图中这一类型的光谱中，南河三A星比其他同类的恒星要亮了许多。这较高的光度表明，南河三A星也将要结束主序星阶段的演化过程，逐渐进入主序星末期阶段。在南河三A的核心区域，氢融合成氦的核聚变反应过程即将开始。在后续的红化膨胀成为红巨星的过程中，南河三A将会膨胀到它自身直径的80—150倍，成为红色或橘色的巨恒星。这是一颗恒星开始走向其生命终结的过程。这样的过程将会耗费一千万至一亿年的时光。南河三A的伴星南河三B是一颗黯淡的白矮星，与南河三A的距离大约为16个天文单位，差不多相当于太阳系中天王星到太阳的距离。
南河三的这两颗恒星，在地球上的冬季夜空中显得十分显眼，它是著名的冬季大三角星之一，冬季大三角星是地球上冬季夜晚星空主要景象。由大犬座的天狼星、小犬座的南河三以及猎户座的参宿四所形成的三角形。这三颗星所形成的三角形位于天球的赤道上，所以地球上的各地都可以很容易通过肉眼观察到。南河三（即小犬座α星）与小犬座第二亮星南河二（小犬座β星）以及小犬座ε星（即南河一）共同组成一个巨大的等腰三角形，同样十分醒目地挂在冬季的夜空中，这个等边三角形称做“冬季大三角二号”，南河一就在它偏东的一个顶点上。
南河三双联星系统，由一颗主序星和一颗死亡后蜕变成白矮星的恒星组成，就像天狼星双星系统一样。其中南河三A是一颗黄—白色的主序星，比太阳更大一些。南河三A的质量为太阳质量的1.5倍，半径为太阳的2倍，辐射功率是太阳的7.5倍，诞生于大约19亿年前。南河三B是一颗白矮星，其质量为太阳的60%，半径为太阳的1.2%，或者相当于地球半径的1.3倍，这是大部分中低质量的恒星在生命终结以后，其核心区域发生引力坍缩后由高密度简并物质组成的白矮星。
由于伴星南河三B非常靠近于主星南河三A，两者相距大约16个天文单位，从而使得观测这一颗暗淡的白矮星并不容易。根据双联星运行模型的计算，两颗恒星互相绕转一周的时间约为41年。
南河三B是一颗死亡的恒星，这意味着它死亡前的恒星质量要大于南河三A，因为质量越大的恒星寿命就会越短。人类天文学家推断出南河三B的初始质量大约为太阳质量的2.6倍，南河三B于12亿年前结束了它的红巨星阶段，演化成一颗质量密度极高的白矮星。南河三B的主序阶段大约只有7亿年，而质量更小的黄矮星太阳却拥有长达100亿年的寿命。南河三双联星系统与附近另一颗距离太阳系大约12.36光年，排名第22位的鲁坦星（Luyten‘sstar）仅有1.2光年距离。
南河三双联星系统并没有宜居带的固态类地行星，或许有一些曾经存在过的固态类地行星，在南河三B演化成为红巨星过程中，被急速扩张的南河三B红巨星吞噬掉了。在南河三双联星系统较远的距离上有三颗围绕这一对双联星恒星系统绕行的气态巨行星。从距离双联星恒星系统的距离来看，距离南河三双联星恒星系统的最近的一颗南河三—b气态类木巨行星，大约为太阳系木星质量的5.4倍。第二近的南河三—c是一颗类似天王星的冰冻气态巨行星，它的质量比南河三—b稍小，大约为木星质量的3.5倍。距离南河三双恒星系统最远的南河三—d也是一颗类似天王星的冰冻气态行星。质量与太阳系中的土星大致相当。
《星际同盟大会》第二十五星际科考团曾经来到这里，在较外侧的两颗气态行星南河三—c和南河三—d上分别修建了一座大型能源基地。由于南河三双联星恒星系统中并无可供人类改造移民的固态类地行星，因此这一支由高速星际科考船《尼科西亚号》为旗舰的《星际同盟大会》第二十五星际科考团，以及伴随科考团的《星际同盟太空舰队》第二十五护航分舰队共计六十五艘大臣太空舰船组成的船队，并未在南河三双联星恒星系统区域多做停留，直接前往附近更具有探索价值的，距离南河三双联星恒星系统仅为1.2光年距离的鲁坦星进行后续的考察。
鲁坦星（Luyten‘sStar），又名GJ273，是一颗距离地球大约12.36光年，位于小犬座光谱类型为M3.5V的红矮星。鲁坦星的视星等为9.9等，在地球上无法通过肉眼看见。鲁坦星的质量大约为太阳质量的26%（0.26M⊙）。表面温度为3150±100K，视星等9.872等，绝对星等11.94等。
鲁坦星的质量大约为太阳的四分之一，半径只有太阳的35%。鲁坦星的光谱类型为M3.5V，光谱类型代号中的V表明它是一颗能通过让核心的氢发生热核反应并释放能量的主序星。这是一颗慢节奏旋转的红矮星。太低的旋转速度无法被直接测量出来，根据对恒星表面活动周期性变化的测量表明。慢旋转周期约为116天（速度约为0.15km/s）。恒星表面的有效温度为3150K，这样的表面温度使得鲁坦星带有M型恒星特有的橙红色。
在环绕鲁坦星的一颗行星的夜空中可以观察到，位于鲁坦星1.2光年以外的南河三双联星恒星系统。正以一颗视星等为4.5等的恒星的面目出现。人类天文学家们通过远程观测，发现在鲁坦星的周围存在着两颗系外行星。而实际上鲁坦星拥有四颗行星。2019年，通过径向速度法发现了两颗新行星，使得鲁坦星行星系统中的已知行星数量从两颗变为四颗。分别为GJ273—c、GJ273—b、GJ273—d和GJ273—e。
成员行星 质量 轨道半径（AU） 轨道周期（）
GJ273—c 1.18±0.16M⊕ 0.03**67AU 4.7234天
GJ273—b 2.89±0.26M⊕ 0.09110AU 18.65天
GJ273—d 10.8+3.9−3.5M⊕ 0.712AU 413.90天
GJ273—e 9.3+4.3−3.9M⊕ 0.849AU 542天
其中的一颗行星GJ273—b曾经被认为是一颗位于鲁坦星宜居带的超级地球。该行星的质量大约为地球的2.89±0.26倍，轨道半径为0.09110±0.006AU，公转周期为18.650±0.006个地球日。虽然GJ273b位于宜居带中，但是行星表面的日照量只有1.06S⊕，因此如果GJ273b表面存在着大气层和海洋的话，它的表面温度估计会在206—293开氏度（—67.15℃—19.85℃）之间。比GJ273b更靠近主恒星的GJ273c是天文学家通过径向速度所测得的质量最小的系外行星之一，该行星的质量为地球的1.18±0.16倍左右，绕主恒星公转一周仅需要4.7234±0.004个地球日。
《星际同盟大会》第二十五星际科考团的船队来到这里以后，发现靠近鲁坦星主恒星的GJ273—c以及GJ273—b的两颗固态类地行星，并不是如同地球人类天文学家所猜测的超级地球。这两颗固态类地行星同样由于过于靠近主恒星，而被鲁坦星主恒星潮汐锁定，一面始终面对着主恒星，另一面永远朝向外太空方向。GJ273—c朝向主恒星方向的一面，长期受到主恒星的阳光照射形成了一片干涸的荒漠。温度最高可达389.34K（116.19℃），而朝向外太空方向的一面，由于长期无法得到主恒星阳光的照射，温度最低可达196.87K（—76.28℃）。接近地球大小的固态类地行星GJ273—c，由于过于接近主恒星，这一颗固态类地行星上并没有像样的浓密大气层，只有在晨昏圈区域有少量的水冰被蒸发，形成稀薄的含氧大气层。在晨昏圈附近区域，常年保持着从67℃过渡到—45℃之间的常温带，但是由于严重缺乏空气和液态水，使这一颗GJ273—c固态类地行星的星球表面并不适合人类移民居住。
另一颗GJ273—b固态类地行星上的情况更加糟糕，过于严苛的寒冷低温，使得这一颗曾经被地球人类天文学家寄以厚望的超级地球上也没有液态水。长期朝向主恒星的一面，最高也仅仅只有210.15k（—63℃）。而长期朝向外太空一面的行星表面。最低温度可以达到132.46K（—140.67℃）。在这样的低温环境下，如果无法建造出具有足够防寒能力的建筑，并获得足够的取暖能源，这一颗GJ273—b固态类地行星同样也是并不适合人类移民居住。实际上这一颗拥有较为稀薄大气层的固态类地行星GJ273—b，是一颗处于鲁坦星的宜居带的外侧寒冷星球。之所以地球人类天文学家推测的结果与实际情况出现了如此大的偏差，还是由于人类天文学家对于鲁坦星宜居带的估算出现了误差所致。鲁坦星的宜居带十分狭窄，更加靠近主恒星的GJ273—c固态类地行星，也只是处于鲁坦星宜居带外侧的边缘区域。
鲁坦星更加外侧的两颗行星都是冰冻气态行星，其中冰冻气态行星GJ273—d的质量大约为10.8M⊕（地球质量），小于太阳系中海王星17.1M⊕的17.1倍地球质量，仅有海王星质量的五分之三。距离主恒星鲁坦星距离更近一些，为0.712AU（天文单位）。由于其主恒星鲁坦星的恒星表面温度仅为3.150±100K，大约为太阳表面温度6000K的一半，使得这一颗冰冻气态行星GJ273—d上的大气层云顶温度仅有—163℃~—98℃。这一颗较大的冰冻气态行星GJ273—d与太阳系中的海王星很相似，它的大气层中以氢分子和氦为主。并含有微量的甲烷，这些微量的甲烷使得GJ273—d呈现出类似海王星的淡蓝色。GJ273—d大气层中的风速高达1800km/h。种种迹象表明，GJ273—d内部拥有一个炽热的内核，其核心的温度可能高达6800℃。
另一颗冰冻气态行星GJ273—e的质量为9。3M⊕仅为土星质量的十分之一（土星质量为95.18M⊕地球质量）。由于距离主恒星鲁坦星GJ273较远（0.849AU），所能接收到鲁坦星的低光照辐射所获取的热量严重不足，使得这一颗冰冻气态行星上始终维持着较低的表面温度。冰冻气态行星GJ273—e是鲁坦星恒星系中大气层最冷的行星，最低温度为67K（—206.15℃）。在这一颗最远的GJ273—e冰冻气态行星上，大气层中的主要成分是氢、氦、甲烷和氘（重氢）。《星际同盟大会》第二十五星际科考团派出的测量船，通过近距离的探测，发现其内部拥有一个由冰和丰富的重元素的岩石组成的固态内核。GJ273—e冰冻气态行星的地幔层主要由甲烷和氨的冰以及水冰组成。
《星际同盟大会》第二十五星际科考团以及《星际同盟太空舰队》第二十五护航分舰队，来到鲁坦星空域以后，对这一颗仅有太阳四分之一质量，半径只有太阳的35%的红矮星的行星系统进行了全面探测。对靠近主恒星鲁坦星的两颗固态类地行星进行了全方位的考察。通过登陆这两颗由于距离主恒星太近，被潮汐锁定的固态类地行星以后，着重考察了这两颗固态类地行星GJ273—c以及GJ273—b的晨昏圈沿线的区域，根据鲁坦星仅仅拥有一条十分狭窄的宜居带的现实，决定不对鲁坦星这两颗固态类地行星星际大规模的迁移改造，而只是在这两颗固态类地行星GJ273—c以及GJ273—b的晨昏圈沿线，修建一系列大型地下城。利用这两颗固态类地行星的地幔熔岩层的地热，来为这些大型地下城提供能源供应。采用这样的方法，同样可以满足对鲁坦星大规模移民的需要。《星际同盟大会》第二十五星际科考团还考虑在鲁坦星外侧的冰冻气态行星GJ273—d上，修建了一座大型能源生产基地，以满足往来于其他恒星系的星际班轮的能源补充需求。
