人们常常在繁星点点的夜空中寻求宁静，这的确是一个合适的地方。夜晚是黑暗的，因为从宇宙的角度来看，我们的太阳及其行星家族非常孤独。邻近的恒星离我们太远，看起来就像微小的光点，而更遥远的恒星则模糊成微弱的光晕。我们速度最快的太空探测器也需要数万年才能穿越到最近恒星的距离。太空像环绕小岛的海洋一样将我们隔离起来。
然而，并非所有恒星都如此孤立。大约十分之一的恒星属于星团，这是一个由数百到数万颗恒星组成的群体，直径为几光年。事实上，大多数恒星都诞生于这样的星群中，这些星群通常会在数十亿年的时间里逐渐消散，它们的恒星融入星系的其他部分。那么我们的太阳呢？它也可能诞生于星团中吗？如果是这样，我们在银河系中的位置并非总是如此荒凉。只是随着时间的推移，星团消散后才变成这样。
越来越多的证据表明情况正是如此。尽管传统观点曾经认为太阳是独生子，但现在许多天文学家认为太阳是大约 1000 个兄弟姐妹中的一员，它们几乎在同一时间诞生。如果我们生活在太阳系诞生之初，太空就不会显得如此空旷。夜空中会充满明亮的星星，其中至少有几颗像满月一样明亮。有些甚至在白天也能看到。抬头看会让我们眼睛感到刺痛。
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太阳可能诞生的星团现在早已消失。我整理了现有的数据，并对它可能的样子做出了有根据的猜测。根据这些推断出的属性，我计算了以前的星团成员在星系中可能的轨迹，以找出它们可能最终到达的位置。尽管它们已经分散并与数百万颗无关的恒星混杂在一起，但应该可以通过欧洲航天局的全球天体测量干涉仪天体物理学卫星 (GAIA) 识别出来，该卫星于 2013 年发射升空。它们的轨道运动和类似太阳的化学成分应该会暴露它们的身份。与我们失散多年的恒星兄弟姐妹重聚应该能够使天文学家重建一团无定形的 газовое 云和尘埃凝聚成我们太阳系的条件。
我们诞生的记忆
太阳有兄弟姐妹的最有力的证据出现在 2003 年，当时现在在北海道大学的立花翔吾和现在在夏威夷大学马诺阿分校的加里·R·胡斯分析了两颗原始陨石，这两颗陨石被认为是太阳系形成过程中几乎原始的残余物。他们在化学化合物中检测到镍 60，即铁 60 放射性衰变的产物，而按理说，应该在这些化合物中发现铁。陨石中似乎发生了一场化学诱饵和转换的游戏：化合物最初由铁形成，铁变质成镍，镍被锁定在原位，永远是一个闯入者。
铁 60 必须在它的放射性半衰期内合成并注入太阳系的陨石中，最近的估计将其定为大约 260 万年。这在宇宙中只是眨眼一瞬间。因此，铁必须来自非常近的地方——最有可能的来源是超新星爆发。根据各种同位素测量，伊利诺伊大学的莱斯利·卢尼及其同事在 2006 年提出，当太阳只有 180 万年历史时，超新星一定在五光年的距离内爆炸。超新星可能近至 0.07 光年。
如果太阳像今天这样孤立，那么超新星的位置和时间将是一个巧合。难道是一颗大质量恒星只是路过，然后决定爆炸了吗？此前从未发生过如此近距离的超新星爆发；如果发生过，很可能已经摧毁了地球上的生命。一个更合理的解释是，新生的太阳和爆炸的恒星是星团的同伴。由于恒星密集地聚集在一起，近距离超新星爆发就不会那么不可能了。
明亮的星团
太阳起源于星团的观点与教科书中仍然常见的星团经典观点相悖。天文学家传统上将星团分为两种类型：所谓的银河星团或疏散星团和球状星团。前者年轻、稀疏，主要位于我们银河系的平面内或附近。典型的例子是鬼星团，也称为蜂巢星团或 M44。它是伽利略在 400 年前的 1609 年首次用望远镜指向观测的天体之一。看起来像一团光斑的东西显露出自己是由一系列恒星组成的——多达 350 颗，全部诞生于大约 7 亿年前。
相比之下，球状星团非常古老、密集，并且分布在银河系周围，而不仅仅是在一个平面内。第一个球状星团于 1746 年由意大利天文学家乔瓦尼·马拉尔迪发现，现在被称为 M15。它包含约 100 万颗恒星，年龄约为 120 亿年。
问题在于，这两个类别都不适合太阳。太阳 46 亿年的高龄表明它应该诞生于球状星团中，但它的位置却指向银河星团。然而，最近我们意识到，并非所有星团都完全属于这两种经典类型之一[参见 斯蒂芬·E·泽普夫和基思·M·阿什曼撰写的《球状星团出乎意料的年轻》；《大众科学》，2003 年 10 月]。
改变我们想法的是星团 R136，它位于银河系的小卫星星系之一，大麦哲伦星云中。R136 最初于 1960 年被发现，最初被认为是一颗单一的巨型恒星，质量是太阳的 2000 倍，亮度是太阳的 1 亿倍。但在 1985 年，当时都在德国埃尔朗根-纽伦堡大学的格尔德·魏格尔特和格哈德·拜尔使用新的高分辨率成像技术表明，R136 实际上是一个由大约 10,000 颗恒星组成的星团，年龄只有几百万年。它像球状星团一样密集，但像银河星团一样年轻。R136 兼具两种类型的特征，是它们之间缺失的环节。从那时起，观测者在我们的星系中发现了几个像 R136 这样的星团。像触须星系这样的其他星系包含数百甚至数千个这样的星团。
恒星继续在如此密集的星团中形成，以至于它们可能被误认为是一颗单一的恒星，这一发现令人震惊。这引起了理论家们相当大的震惊。一方面，我们感到欣慰，因为我们一直无法将 R136 解释为一颗单一的超级巨星。另一方面，我们不得不重新考虑我们过去认为我们对星团所了解的一切。我们现在认为，包括太阳在内的大多数恒星都诞生于像 R136 这样的紧密星团中。星团由单一的气体云形成，随着时间的推移，根据其质量和环境演变成银河星团或球状星团。
来自我们恒星父亲的梦想
星团的成员质量范围很广，其中有少数大质量恒星和大量轻质量恒星。质量最小的恒星，质量只有太阳的十分之一，是最常见的，并且质量每增加 10 倍，恒星的丰度就会下降约 20 倍。
因此，对于每一颗质量为太阳 15 到 25 倍的恒星——与新生太阳附近发生超新星爆发的那颗恒星的大小相当——一个星团包含约 1500 颗较小的恒星。这个数字设定了太阳诞生星团的最小质量。最大质量的设定因素是，星团越大，大质量恒星就越需要更长的时间才能向中心聚集，在那里它们最有可能影响到它们较小的同类。根据我的模拟，该星团可能包含少于约 3500 颗恒星。
一颗质量为太阳 15 到 25 倍的恒星在爆炸前可以存活 600 万到 1200 万年，因此它一定是在太阳诞生前大约这么长时间形成的。在其他星团中，例如猎户座星云中著名的梯形星团，天文学家发现大质量恒星通常是最先形成的，而类太阳恒星则在数百万年后才出现。
推断出的质量的星团过于脆弱，无法演变成球状星团。相反，它在 1 亿到 2 亿年后就消散了。位于中心的 массивные 恒星在恒星风中释放气体（类似于但比太阳风强得多），并最终爆炸，降低了星团中物质的密度，从而削弱了其引力场。因此，星团膨胀并可能解体。即使它在早期的气体释放中幸存下来，恒星之间的相互作用和星系其余部分施加的潮汐力也推动了它的缓慢解体。
在星团解体之前，恒星的密度非常高，以至于一颗恒星很容易穿过太阳系。一次恒星近距离遭遇可能会将行星、彗星和小行星从它们最初的圆形、平面轨道拉入高度椭圆和倾斜的轨道。海王星轨道之外 50 个天文单位 (AU) 以外的许多彗星都具有高度倾斜的轨道。太阳系内部的动力学似乎无法解释这些奇特的轨道；这些天体甚至超出了木星的引力影响范围。最可能的解释是，它们是被一颗从 1000 天文单位远处经过的恒星搅乱的。然而，行星的轨道非常规则，这表明没有恒星入侵者靠近过太阳 100 天文单位以内。
根据这些事实，我估计了星团的尺寸。为了使星团中的另一颗恒星在星团的生命周期内以合理的概率经过 1000 天文单位远处，星团的直径必须小于 10 光年。相反，为了使一颗恒星不靠近 100 天文单位以内，星团的直径必须大于 3 光年。简而言之，太阳的诞生星团看起来像 R136，但密度要小得多，这样恒星之间的距离就足够远，不会干扰行星的形成。
太阳系谱系
理论家可以进一步询问诞生星团在星系中的确切位置。太阳系以几乎圆形的轨道绕银河系中心旋转，或多或少在圆盘中。目前，我们位于距中心约 30,000 光年，距圆盘平面约 15 光年处，以每秒 234 公里的速度运行。以这个速度，自太阳形成以来，它已经绕行了 27 圈。它的轨道不是一个闭环，而是一个稍微复杂的形状，由星系的引力场决定，天文学家从恒星和星际气体云的运动中推断出这一点。
假设引力场在过去 46 亿年中没有发生变化，我临时性地将轨道向后推算，并推断出太阳诞生于距中心 33,000 光年，距银河平面 200 光年处。这个位置令人困惑的原因是，星系的外围区域比内部区域的重元素贫乏。最遥远的区域可能缺乏制造行星的足够物质，更不用说生命了[参见 吉列尔莫·冈萨雷斯、唐纳德·布朗利和彼得·D·沃德撰写的《恶劣宇宙中生命的避难所》；《大众科学》，2001 年 10 月]。尽管太阳假定的诞生地并没有那么贫瘠，但它的重元素仍然比太阳贫乏。仅根据太阳的重元素组成，天文学家预计它会在距中心 9,000 光年处形成。
也许将铁 60 播撒到陨石中的超新星也用重元素丰富了太阳。或者，也许我的轨道计算出了问题，因为星系的引力场发生了变化，或者因为太阳的轨道路径被附近恒星或气体云的引力稍微改变了方向。如果是这样，太阳的诞生地比我估计的更靠近中心，而它的成分也没有那么异常。
太阳的前家庭成员也应该以每秒超过 200 公里的速度绕银河系中心运行。然而，它们的相对速度仅为每秒几公里，这是由它们在原始星团中的相互引力决定的。就像高速公路上的汽车群一样，即使它们不再相互引力束缚，它们仍然聚集在一起。最初的星群只是非常缓慢地扩散成弧形。经过 27 个轨道周期后，它应该延伸到银河系大约一半的范围。
我的计算表明，太阳的大约 50 个兄弟姐妹应该仍然在我们当前位置 300 光年以内，大约 400 颗恒星在 3000 光年以内。根据恒星最初的相对速度以及它们离开星团的时间，太阳要么沿着它们的轨道足迹前进，要么它们沿着我们的轨道足迹前进。
寻找它们最佳地点是银河系的平面，方向是太阳系运动的方向或完全相反的方向。我们一直在欧洲航天局的依巴谷卫星组装的恒星目录中寻找它们[参见菲利普·莫里森撰写的《恒星绘图仪》；《大众科学》，1998 年 2 月]。但是依巴谷卫星的数据不够精确，无法识别出任何兄弟姐妹。2014 年早些时候取得了一项突破，当时德克萨斯大学奥斯汀分校的伊万·拉米雷斯及其同事测量了黄矮星 HD162826 的化学成分。他们发现它与我们的太阳非常相似，就好像它也暴露在丰富我们太阳系的同一颗超新星下一样。HD162826 可能是我们失散的兄弟姐妹之一，尽管更详细的信息将提供更多证据。此类证据可能来自欧空局的 GAIA 卫星，该卫星拥有两架望远镜，在五年多的时间里测量约 10 亿颗恒星的位置和速度，从而对距太阳约 30,000 光年内的亮度高于 22 等的恒星进行基本完整的普查。太阳的兄弟姐妹将在这些数据中脱颖而出，因为它们几乎位于太阳过去和未来的路径上。即使识别出一个太阳的兄弟姐妹，或确认 HD162826 的谱系，也将提供关于太阳系早期阶段的关键信息。理论家将能够更确定地计算出太阳的诞生地，并确定例如星系的引力场是否发生了显着变化。太阳的兄弟姐妹也将是寻找宜居行星的绝佳场所。尽管我们似乎在银河系中非常孤独，但情况并非总是如此。太阳的许多看似特有的特征——尤其是它对生命的孕育——在其家族的背景下可能更有意义。