E注意到几乎所有的超级英雄电影都是起源故事吗?每个人都想知道蝙蝠侠、金刚狼和绿巨人是如何变成他们的。但在老年故事中,没有太多的超级英雄,秃顶驼背的超级老年人蹒跚地在辅助生活之家中走动。
太阳系也是如此。数百年来,科学家们一直在思考太阳系是如何形成的问题。这决不是一个已解决的问题;行星形成的研究仍然是天体物理学中一个蓬勃发展的分支领域。但是只有少数研究人员在研究太阳系的未来。
太阳已经存在了45亿年。在这段时间里并没有太大的变化。地球上的生命过得很好。我们为什么要考虑遥远的未来呢?因为当天文学家近距离观察恒星时,他们通常会看到行星的死亡!不是死亡的那一刻。相反,它们探测到的是行星系统死亡所造成的“血溅”。天文学家在白矮星光谱中发现了这种飞溅物,白矮星是死恒星的骨架。
事实证明,太阳确实在变化;这需要时间。今天的太阳比45.7亿年前诞生后的太阳还要亮30%。它缓慢的增长将再持续50亿年,然后戏剧性的事情就会发生。太阳的核心将耗尽其聚变反应堆的燃料氢。太阳将继续把氢熔合在一个外壳中,这将把太阳吹成一个气体红巨星. 红巨星比类太阳恒星要冷(因此它们是红色的),但由于它们的体积非常大,所以非常明亮。猎户座明亮的右肩参宿四就是红巨星的一个很好的例子。
太阳将在几亿年内保持红巨星的身份。对于生命来说,这是一个有趣的时期,因为土星的温度将接近今天的地球,所以它的卫星土卫六和土卫二,已经引起了外星生物学家的兴趣,可能适合居住。
行星的轨道将随着太阳的变化而调整。当太阳是一个红巨星时,内部行星将被吞没。远离太阳的行星将扩展到更宽的轨道上,因为太阳表面的强风使其失去质量。随着太阳引力的减弱,行星的轨道自然变宽,就像一个失去张力和能量的小家伙随着年龄的增长而伸展。现在,一个红巨星大的.太阳将会膨胀大约100倍,变成一颗红巨星,并向外延伸到地球当前的轨道。我们的星球正处于边缘:我们不知道它会被太阳吞噬还是逃到更大的轨道上。(当然,这对生命来说并不重要,因为地球上的海洋预计将在未来的几十亿年里蒸发殆尽,远早于太阳变成红巨星彻底地炸地球。)
与此同时,太阳的核心将收缩,直到升高的温度和压力能够使氦熔化。在太阳将其外层吹出成为一个“太阳”之前,会有一些闪光行星状星云“(它与行星无关,但是一个古老的名字,流传至今)。太阳将剩下的是它的核心,一个小的白矮星,除了慢慢冷却到永恒之外什么也不做。尽管白矮星的质量几乎和太阳一样大,但它的大小只有地球那么大。因此,它们具有极强的表面引力,任何比氢或氦重的物质都会在数天到数月内从它们的大气层中沉降出来,进入恒星本身,这是天文上的眨眼功夫。
当我们观察白矮星时,它们中的很大一部分似乎被“污染”了:而不是被污染纯氢或氦光谱它们的外层被岩石材料污染。因为它会很快稳定下来,所以这种岩石物质一定是最近和白矮星相撞的。这是犯罪现场的血迹。但到底是什么罪行?
下面是我们对这个故事的看法。随着行星轨道的改变,恒星变成红巨星,然后变成白矮星,小行星和彗星的带往往会发现自己处于不稳定的配置中。这些小天体被引力弹射向四面八方,有些非常接近白矮星。由于白矮星是一个微小的目标,小天体不会撞向这颗恒星,而是会被其引力撕成碎片。这在白矮星附近的近轨道上形成了一个碎片盘,慢慢地滴到恒星表面,产生了观测到的污染。
这个故事的一个很好的对称性是,被污染的白矮星不仅告诉我们行星系统的死亡,还告诉我们它们的诞生。小行星和彗星本质上是行星形成的残留物,在几颗白矮星中测量到的污染成分与掉到地球上的陨石相同!这些系统中的行星很可能和我们的行星是由相同的结构组成的。一些白矮星显示出来自富含水的小行星的污染迹象;这些小行星可能告诉我们,在这些系统中,类地行星可能有湖泊和海洋。不幸的是,考虑到这些是死亡的行星系统,这些湖泊和海洋早就消失了。
60亿年后,太阳将成为白矮星。地球要么被红巨星太阳吞没,要么被彻底烤熟。从远处的观测者看来,一个淡蓝色的圆点曾经围绕着这颗一角不多的白矮星运行,唯一的线索将是几条独特的光谱线——一个早已死亡的行星系统的血液飞溅。
肖恩·雷蒙德是一位研究行星系统形成和演化的天文学家。他还在planetplanet.net.