從天文學角度看，《冰與火之歌》的世界處在一個怎樣的環境中？

12-07

以下引自果殼網「凜冬將至:以三體理論解釋維斯特洛大陸氣候」

「凜冬將至」
Veselin Kostov

1,2

, Daniel Allan

3

, Nikolaus Hartman

4,5

, Scott Guzewich

6,7

, Justin Rogers

8,9

1,2，維斯特洛，鐵群島的派克島學士兼卡林灣客座學士
3, 維斯特洛，陽戟城學士
4,5，維斯特洛，艾林谷學士，通訊地址：nik.hartman@gmail.com
6,7，維斯特洛，風息堡學士，作為丹妮莉絲?坦格麗安隨從在厄索斯流亡中
8,9，維斯特洛，君臨學士兼凱岩城學士[注1]
摘要
對於那些不種地且不關心種地的人來說，春秋分、播種季、作物輪種這等世俗之事沒什麼可關心的。但對於維斯特洛的普通人來說，正確認識長期氣候變化的預測很必要。無論何時何地，農人收割時的情緒總是很糟糕，在寒冷的夜晚他們也過得不太舒適。許多學士嘗試過預測天氣、預報何時該種下最後一茬蕪菁，希望再多幾個氣候暖和的年頭。但他們都失敗了。還有些人找尋一些模糊的（如果不是完全無意義的）、預示著「凜冬將至」的兆頭，這些在氣象學方面所做的努力比無用還糟糕。本文目的不在糾正這些可怕的錯誤，而是嘗試解釋G.R.R.M.[注2]世界中這種明顯的不確定的季節變化。環繞雙星運轉的行星所表現出來的獨特行為，是這種現象的一種自然的解釋。因此，如果推測這顆行星正圍繞著一對類似太陽的恆星旋轉，我們借數值三體動力學之力作出了預言——非常不幸的是，對任何即將到來的凜冬的長度和嚴酷程度作出預測都是不可能的。我們的結論是，唉，學士們是對的——要想判斷冬天是否到來，把手伸到空中感受下是唯一的方法，不用分析什麼就能得出結論，還可以嘟噥著「凜冬將至？可能長又討人厭，（可能長達850天，溫度低於268開），或者可能短又暖（將近600天，才273開左右）。誰知道呢……」
關鍵詞：維斯特洛，環繞雙星的行星，三體

1 緒論
冬季並不好過，雖然那時有歡樂又讓人興奮的節日，也是掠奪商鋪的好時機。設想，如果冬季的長度與寒冷程度變化不定，那會有多糟糕？到G.R.R.M.[注2]設定的這一出了名的難以預測的世界中來吧。為了各位領主與眾多的平民，我們嘗試對維斯特洛與厄斯索斯居民忍受的這種不尋常的天氣做一項長期預測。
我們先聽取了一些有關冰與火之歌中這種不尋常氣候的解釋。我們仔細檢視這些解釋，將提出假說之人的命運交付與舊神裁決。那些假說不成立的人去守長城了。
1.1 地軸傾角
地球自轉軸穩定的傾角，讓我們得以避免遭遇到那樣的麻煩。儘管有人已經將維斯特洛大陸的季節變換歸咎於行星自轉軸的搖擺不定，但我們否定了這種說法，這只不過是凱岩城那些邪惡的宣傳。就連格雷果?克里岡爵士都會告訴你，衛星會穩定行星的自轉軸，阻止地軸的搖擺。
1.2 橢圓軌道
過去20年來發現的大量太陽系外行星已經弱化了我們太陽系的重要意義，擴展了我們對於行星軌道多樣性的理解。考慮這樣一條悲慘的橢圓軌道，當這條軌道上的行星遊盪到遠離母星的地方，行星上就會經歷嚴酷而又漫長的冬季。這樣的行星就是我們要尋找的嗎？漫長的冬季看起來還挺像的，不過，不，我們偏離主題太遠了。那些特權階層或許可以保持溫暖，但是在行星經過近日點時產生的短到殘忍的溫暖季節里抓緊時間耕種和收穫的那些勞苦的農民，最終肯定會被寒冷擒獲，變成屍鬼，導致它們數量越來越多。維斯特洛大陸最終會被這些沒有生命的傢伙完全佔據。
1.3 污染物
就我們所知，工業排放並非氣候變化無常的原因。但是在我們拋開它不談之前，必須強調工業排放是最為恐怖的溫室氣體來源，只有它能與自己一較高低。我們將在以後的文章中對龍和地球物理學因素進行進一步討論。

1.4 魔法
是，可能與之相關。
1.5 另一原因（不是「另一些）」！）[注3]
討論過一切因素之後，剩下的唯一一項合理解釋就是——神秘的三體系統。它不可預測又詭異的行為印證了「遊戲」之名，這點將在下一部分中體現出來。
本論文結構如下：第2部分為分析，第3部分是結果討論，第4部分是結論。
2. 材料和方法
一顆太陽和一顆行星，只會帶來平淡而乏味的周期性軌道。我們必須拋棄開普勒的「一夫一妻」制，探索一下多體世界。幸好，多體問題在維斯特洛已經被重複解決好幾遍了。我們的行星應該有兩顆太陽。
我們模擬了一顆環雙星行星（CBP）的軌道，它圍繞著由兩顆類似太陽的恆星構成的雙星系統運轉。我們在層級雅克比坐標系中利用數值三體積分的方法，計算了CBP運行到軌道上不同地點時的位置和速度。當兩顆恆星和這顆行星排在同一條軸線上時，我們開始積分。這個選擇或許是出於計算方便的考慮，但我們懷疑這是一個噩兆。這個系統的參數在下表中列出：

這顆行星離動力學穩定的臨界距離近到了相當危險的地步，但仍處在臨界距離之外。簡單起見，我們假設3個天體處在同一平面，行星的質量可以忽略，而且自轉軸並不傾斜。在每一步中，我們都計算了行星到兩顆恆星的距離，然後利用黑體近似計算了行星表面達到熱平衡的溫度，公式如下：
其中Tp是行星表面的熱平衡溫度，AB是0.3的邦德反照率和30度的大氣所帶來的溫室效應（參見雲層，龍息，1.3節），R1和R2是兩顆恆星的半徑（都等於1倍太陽半徑），T1和T2是兩顆恆星的有效溫度（都等於6000開），r1和r2是這一瞬間行星到兩顆恆星的距離。
行星表面溫度隨時間變化的函數關係如圖1所示。由於這顆行星的軌道半長軸一直在持續變化，行星表面照射到的陽光也在發生相應的變化，因此行星上的季節周期會發生明顯的改變。這顆行星到雙星系統質心的距離最近可達1.5個天文單位，最遠可達2.5個天文單位（天文單位是指地球到太陽的平均距離，約為1.5億千米）。
為了研究這顆行星的長期穩定性，我們展開了一場漫長的積分。它的軌道在計算包括的100萬天之內都是穩定的。在第1000001天，安達爾人入侵了。所有後續研究項目的經費都被砍掉了。我們無法再繼續我們的研究。我們中的一些人對經費被砍表達了強烈的不滿，他們都被送到絕境長城去了。

3. 討論
圖1顯示了近100維斯特洛年來季節的複雜變化。凜冬氣溫（多少天連續在冰點以下）與持續長短的變動都非常不規律，劇烈的波動讓人不適。不同冬季間的平均溫度差別很大，可達到5°；夏天也有相同的趨勢，波動可達2°。這裡提醒讀者，典型的維斯特洛年有近700地球天。我們要指出，行星自轉軸傾角不為0或者雙星系統中存在其他的行星，可能會大大改變我們的結果。
圖1
雖然總體上看起來，時間軸上整體看來好像存在著某種有規律的「周期」，如緊隨在（炎夏+寒冬）之後的是（涼夏+暖冬）。每個「周期」持續幾年，但它們的平均長度或詳細的長期行為都無法預測。「緩和的夏季對應暖冬」的推測很吸引人，但這並不是一定的。一系列暖冬與涼夏之後可能會出現幾個凜冬（圖1，28與85前後），也可能不會。一種逐漸顯現的模式是，夏季的最高溫度出現局部的最低值（圖1，30、40和93年附近），可以解釋成可怕的凜冬將至的先兆。
圍繞兩顆表面溫度6000開、質量與太陽相等的恆星運轉的一顆行星表面的溫度，它的軌道周期大約是750天。藍點表示每一個冬天，紅點表示每一個夏天。淺藍色區域內的一切都被凍得結結實實的。
另一個有趣的結果是長短冬季的分布。圖2的是圖1中所有冬季（藍色點）長短統計的直方圖。這一數值在行星軌道周期附近明顯呈現出一個峰值。但是，平均值兩邊都有一些極端的點。有些冬季短到只有600維斯特洛天（=地球天），而另一些可長達850天。
圖2：冬季長短的直方圖。最短的冬季大約600維斯特洛天，最長的冬季大約850天。
4. 結論
懷著一顆沉重的心，我們得出結論：難以為維斯特洛的平民們提供可靠的氣候預報。
5. 致謝
作者們向每一位支持這個瘋狂主意的人致以極大的感謝。特別希望我們的導師們永遠也看不到這份「成果」，否則我們會被逼著回答這樣一個邏輯問題「……為什麼要浪費自己的時間？論文不會自己把自己寫出來，先生！……」
這項研究消耗了我們所謂的業餘時間，大量的咖啡和普通程度的腦力。

幾個推斷：

1、冰火世界是球形的。
這點從越往南越熱，越往北越冷可以判斷（也說明維斯特洛大陸僅僅是北半球，南半球還沒有被探索）

2、星球的軌道大致是穩定的。
冰火世界裡的冬夏變化，也僅僅是在有限的幅度里浮動，沒有發生足以滅絕生物的長冬或者長夏。

3、行星離太陽的距離基本穩定
冰火世界遵照著一個規則：冬季夜長，夏季日長，這說明冬夏變化主要是由於赤道面和黃道面傾角造成的，而非與太陽的距離發生變化引起的。

4、行星赤道面與黃道面的夾角是不穩定的
因為冬夏的交替不規則且無法預測，所以此夾角必定是不穩定且時刻在變化。但是目前我沒想到有什麼機制，可以在保持軌道穩定的前提下造成這種現象。

左右搖擺的原因可能是因為有一到兩顆大行星在外側頻繁路過~

或者也不是軸向不穩，而是大陸板塊受到不可見大衛星影響而飄逸……很結實，所以不會頻繁地震。

同意樓上，另外冰火世界裡長夏長冬的設定好難確定是什麼因素。可能是
1.星球的自轉軸向不固定，導致恆星直射長期在南半球或者北半球，然後這個軸向變化是規律的，所以有長夏之後有長冬的設定。
2.公轉很長，冰火里一年差不多和我們差不多，但是他們沒有規律的冬夏應該不能根據太陽位置確定一年長度，可能是根據農作物成熟時間等其他因素確定，所以很有可能不是按照公轉一周為一年的。可能是公轉周期里好幾年離恆星很近導致長夏，好幾年離恆星很遠導致長冬。
3.季風洋流周期影響，可能有按幾年變化的季風，導致了幾年裡暖流+暖風，幾年裡寒流+冷空氣…

不是地理專業的，地理知識停留在文理分班前…錯誤歡迎大家指認……然後一下子就想到這麼多，再想到再更

為什麼沒有人考慮一下黑洞？在太陽系外圍地球的遠日點附近一側放一個引力和距離都恰到好處的黑洞，產生一個足夠大但又不會使太陽系解體的擾動。這樣地球經過太陽與黑洞之間時就會被黑洞所影響，冬季長度將產生變化。

看到第六季第五集的就應該知道，Bran和三眼烏鴉一起進入「虛擬現實」見證了森林之子創造whiteWalker，當時那個石陣和樹下是春暖花開的。之後Bran擅自進入「虛擬現實」在同樣的位置再一次見到了whiteWalker，這一次的氣候是冰天雪地。

兩次出現在「虛擬現實」里的這個地點一定是在長城以北，因為whiteWalker只出現在長城北面，在南面就不需要長城直接死乾淨了。夏天的時候，長城多次出鏡，長城以北一直都是冰天雪地。

所以，長城以北的冰冷，漫長的冬天，都是伴隨著whiteWalker來的。跟什麼雙星，三星，之類的完全沒關係。