当太阳死去,地球能否逃生?

　　2014.11.04星期二来自知道日报

　　《环球科学》答：

　　天文学家已经在超新星残骸——中子星周围找到了行星,在类太阳恒星尸体——白矮星周围找到了小行星瓦解产生的尘埃盘,还在流产的恒星——褐矮星周围找到了新行星正在形成的证据.在这些原本被认为不应该存在行星的恶劣环境中找到行星,不仅表明行星形成过程比过去想象的更顽强,而且暗示,在太阳死亡之时,我们的地球还存有一线生机.

　　天空中最悲惨的角色莫过于白矮星（whitedwarf）.它们并不遵从普通恒星的质量－亮度关系：尽管质量与太阳相仿,白矮星却是所有恒星中最暗淡无光的,而且正越变越暗.天文学家认为它们连恒星都不是,充其量只能算是恒星的“尸体”.每颗白矮星都曾经像我们的太阳一样,散发着同样明亮的光芒.但是在那之后,它逐渐耗尽燃料,步入了暴躁的死亡阵痛阶段：它的直径膨胀100倍,亮度增强10,000倍,而后外部壳层被抛射出去,只留下一个地球大小的发光残骸.在余下的无尽岁月里,它将了无生气,慢慢变暗,直至一团漆黑.

　　但这个故事还不够悲惨,实际情况要更加糟糕.我们和同事已经在银河系中发现了10多颗特殊的白矮星,它们的周围环绕着小行星、彗星,甚至还有行星——简直就是整个太阳系的“墓地”翻版.这些恒星还“活着”的时候,每天都会在这些小天体的天空中升起,给它们送去光和热,加热土壤、搅起微风.但在这些恒星死亡时,它们会蒸发、吞没、焚化内行星,只留下那些“居住”在偏远寒冷地带的天体.随着时间的流逝,白矮星还会撕碎并摧毁许多“幸存者”.这些历尽磨难的行星系统提供了一个机会,让我们得以一窥50亿年后太阳死亡时,我们的太阳系将要经历的悲惨命运.

　　天文学家过去一直怀疑,太阳外的其他恒星周围可能存在行星.不过我们当时设想,应该会在十分类似于太阳的恒星周围,找到十分类似于太阳系的行星系统.然而,自从15年前相关发现开始大批涌现,情况立刻变得明朗起来：太阳系外行星系统可以与太阳系完全不同.第一个例子是类太阳恒星（sunlikestar）飞马座51——它拥有一颗质量比木星还大的行星,但主星与行星的间距比水星公转轨道半径还小.随着天文仪器越来越灵敏,天文学家发现了更加古怪的例子.类太阳恒星HD40307拥有3颗行星,质量介于地球的4~10倍之间,全都在不到水星轨道半径一半的距离上围绕主星旋转.类太阳恒星巨蟹座55A拥有至少5颗行星,质量介于地球的10~1,000倍之间,轨道半径最短不足水星轨道的1/10,最长则与木星轨道相当.就算是科幻小说里设想的行星系统,也不可能如此多姿多彩.

　　白矮星系统则表明,甚至行星系统的主星都不一定要类似于太阳.行星和小行星、彗星之类的小天体可以围绕着自身比行星大不了多少的天体旋转.这些行星系统的多样性丝毫不亚于普通恒星周围的行星系统.天文学家没有料到行星系统居然会如此普遍,也没有料到它们会如此“顽强”,更没有料到行星形成过程看起来会如此“放之四海而皆准”.与我们太阳系类似的行星系统,可能并不是宇宙中的行星乃至生命最常见的栖息场所.

　　凤凰涅槃

　　尽管今天已被一些人淡忘,但第一颗得到确认的太阳系外行星确实围绕着一颗与太阳完全不同的恒星——中子星（neutronstar）PSR1257+12旋转.中子星是一类比白矮星更极端的“恒星尸体”,比太阳质量还大的物质被压缩成小行星大小,直径只有大约20千米.这种“怪物”是质量超过太阳20倍的恒星发生超新星爆炸时诞生的,这一过程比类太阳恒星的死亡要剧烈得多,因此,很难想象行星可以在这样的爆炸中幸存下来.此外,这颗恒星爆炸前的直径可能超过1个天文单位（astronomicalunit,缩写为AU,即太阳到地球的平均距离）,而今天已知围绕它旋转的行星当中,轨道半径最大也不超过1个天文单位.出于上述两个理由,这些行星必定是在爆炸后留下的灰烬中形成的.

　　虽然超新星爆炸通常会将大部分残骸抛入星际空间,但仍有少量物质会受到引力束缚,落回恒星残骸周围,形成一个旋转的物质盘——这些盘就是行星形成的温床.天文学家认为,太阳系就是一团弥散于星际空间的气体尘埃云在自身引力作用下坍缩而形成的.角动量守恒使部分物质不会径直落向新生的太阳,而会在周围形成一个形如薄煎饼的物质盘.正是在这个盘中,尘埃和气体凝聚成了行星（参见《环球科学》2008年第6期《行星生于乱世》一文）.超新星爆炸后形成的下落物质盘中也可能发生着类似的过程.

　　天文学家之所以在PSR1257+12周围发现行星系统,是因为他们检测到了它发出的射电脉冲计时信号中的周期性偏差.这些偏差产生的原因是,围绕这颗脉冲星旋转的行星推动它发生轻微的周期性摆动,从而改变了射电脉冲抵达地球所必须传播的距离.尽管观测天文学家对其他脉冲星进行了彻底搜索,但迄今为止,还没有发现另