太陽爆炸后，太陽系會怎樣？

從紅巨星到白矮星，行星何去何從？

太陽系的未來：中心為黯淡的白光，巨大的球體與不規(guī)則巖石環(huán)繞中心在最顯著的位置運轉(zhuǎn)。

（圖解：藝術(shù)家的概念圖展示了在一顆白矮星周圍環(huán)繞著許多碎片和一顆氣態(tài)巨行星。這是對未來太陽系的一瞥。 圖源：W. M. Keck天文臺/Adam Makarenko）

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)證據(jù)表明太陽系的部分行星能夠在太陽死亡后幸存下來。2021年10月13日，科學(xué)家宣布發(fā)現(xiàn)了6500光年外一個朝向銀河系中心的恒星體系，那里有一顆曾像太陽一樣的恒星，但它現(xiàn)在變成了致密的白矮星。一顆氣態(tài)巨行星仍在繞這顆恒星周轉(zhuǎn)，其體積與周轉(zhuǎn)運動與太陽系的大行星木星類似。這證明當太陽膨脹為紅巨星及進入白矮星演化階段之前，（至少還有）木星將能存活下來。那顆新近發(fā)現(xiàn)的木星大小的行星目前仍繞著其恒星的冷卻殘余周轉(zhuǎn)。也因此，我們第一次得以窺見50億年后太陽系的未來。

（圖解：超新星，恒星演化末期的一種爆炸。 圖源：NASA）

天文學(xué)家在10月13日于同行評審期刊《自然》上發(fā)表了他們的研究成果。

天文學(xué)家在位于夏威夷的凱克天文臺（W. M. Keck Observatory）完成了研究工作。論文第一作者、來自塔斯馬尼亞大學(xué)的約書亞·布萊克曼（Joshua Blackman）說：

“這一發(fā)現(xiàn)證實了以足夠遠的距離繞恒星周轉(zhuǎn)的行星可以在恒星死亡后幸存。鑒于該體系與太陽系十分類似，它的現(xiàn)狀表明，當太陽的核能耗盡、自我毀滅進入紅巨星階段時，木星與土星或許能夠留存下來?！?/p>

（圖解：藝術(shù)家創(chuàng)作的紅超巨星概念圖。該階段在超新星爆炸之前。 圖源：W. M. Keck 天文臺/ Adam Makarenko）

太陽系的未來：外行星與內(nèi)行星

科學(xué)家一直很好奇外行星能否在恒星膨脹的紅巨星階段幸免于難并長期留在恒星周圍。如今證據(jù)顯示這是有可能的。但是地球挺過那一階段的希望卻十分渺茫。科學(xué)家預(yù)計，太陽擴張為紅巨星時將吞噬水星、金星甚至地球。所以，為了最終存活下去，人類需要布置撤離計劃。來自馬里蘭大學(xué)和NASA戈達德太空飛行中心的論文合著者大衛(wèi)·班尼特（David Bennett）表示：

“地球距離太陽要近得多，未來可能不容樂觀。假設(shè)人類想在太陽進入紅超巨星階段并炸毀地球之前搬到木星或土星的某個衛(wèi)星，我們就還會留在繞日軌道上，盡管屆時太陽將成為白矮星，我們可能無法再長期依賴太陽熱能?！?/p>

（圖解：藝術(shù)家關(guān)于行星地殼碎片在白矮星周圍蒸發(fā)的概念圖。 圖源：華威大學(xué)/Mark Garlick）

發(fā)現(xiàn)白矮星及其行星

太陽是主序星。主序星是一般的恒星，隨著其年齡增長，它們的氫不斷燃燒，并逐漸擴張為紅巨星。紅巨星階段的太陽可能生吞地球，取決于太陽向內(nèi)坍縮并膨脹超出它的最外層之前變大了多少。隨后，太陽爆炸剩余的部分成為冷卻的白矮星。白矮星本質(zhì)上是死亡的恒星。

白矮星體積與地球相當，質(zhì)量卻有太陽的一半。由于體積小、溫度低，白矮星昏暗難測。凱克望遠鏡通過高分辨率近紅外成像捕捉、借由引力微透鏡效應(yīng)發(fā)現(xiàn)了這對白矮星及其行星。引力微透鏡效應(yīng)是指近處的恒星與遠處的恒星對齊時，近處恒星像透鏡一樣放大遠處恒星光線的現(xiàn)象。

（圖解：左圖：透鏡系統(tǒng)的俯視圖。 從光源（頂部）發(fā)出的光沿著被透鏡的引力場偏轉(zhuǎn)的軌跡到達底部的觀察者。從觀察者角度看，光源的明顯位置在虛線箭頭的方向上，比真正的光源距離透鏡更遠。 右圖：透鏡系統(tǒng)在天上的情形，假設(shè)鏡頭圍繞視線圓柱對稱。光源的每個點都徑向向外移動。 這會使在沒有透鏡成切線弧的情況下觀察到的源圖像失真。 圖解：sciencedirect）

科學(xué)家注意到被“透鏡”放大的恒星發(fā)出的光產(chǎn)生了扭曲，正是這一點引領(lǐng)人們發(fā)現(xiàn)了那顆系外行星。其繞行的白矮星重量約為太陽的60%，其自身重量大約比木星還大40%。由于它較為昏暗，科學(xué)家認為其光芒不可能來自主序星或褐矮星。來自塔斯馬尼亞大學(xué)的論文合著者珍·菲利普·比尤利（Jean-Philippe Beaulieu）解釋道：

“我們也排除了它是中子星或黑洞的可能。這意味著這顆行星繞行的是一顆死星，即白矮星。它呈現(xiàn)了太陽災(zāi)難性死亡后伴隨地球消失，太陽系可能產(chǎn)生的景象?！?/p>

（圖解：藝術(shù)家創(chuàng)作的Kepler-186f概念圖。Kepler-186f是在其恒星宜居帶發(fā)現(xiàn)的第一顆地球大小的巖石行星。在白矮星中發(fā)現(xiàn)了與地球及火星成分相似的行星蒸發(fā)殘骸，這進一步表明這樣的體系在銀河系中很常見。 圖源：NASA/SETI研究所/JPL-加州理工）

未來研究

科學(xué)家將利用這些新的數(shù)據(jù)探索這樣的白矮星周圍還有多少行星幸存。預(yù)計于近十年中期發(fā)射的南?！じ窭俳z·羅曼太空望遠鏡（The Nancy Grace Roman Telescope）將能夠調(diào)查遠至星系核球的繞白矮星周轉(zhuǎn)行星。凱克天文臺的約翰·奧馬拉（John O’Meara）總結(jié)道：

“這一結(jié)果非常激動人心。在今日，能在羅曼望遠鏡使命將始之際，看到凱克天文臺未來可能廣泛開展的研究，真的非常棒?！?/p>

（圖解：羅曼望遠鏡將進行高緯度廣域調(diào)查，如圖中藍色區(qū)域所示，調(diào)查范圍為哈勃望遠鏡的1000多倍，羅曼將探索的空間領(lǐng)域?qū)⑦h超大多數(shù)此前研究宇宙加速膨脹的望遠鏡。 圖源：NASA戈達德太空飛行中心）

最重要的信息：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一顆氣態(tài)巨行星繞白矮星周轉(zhuǎn)，由此窺探到太陽系的未來。某一天太陽將擴張為紅巨星，隨后坍縮為白矮星，并以白矮星的形態(tài)過完其后的歲月。

BY: 凱莉·凱澤·惠特（Kelly Kizer Whitt）

FY:盛酒釀丸子的碗

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