太阳的新传记

在最初，在构成太阳系的原子之间只有寒冷和黑暗。 46亿年前，太阳并不存在，只有来自早期恒星的稀薄云雾残骸，其中储存着在先前超乎我们理解的灾难中锻造的元素。 然后发生了一些事情。

也许是路过的天体游牧者的引力推动了云层； 也许是一颗更遥远的恒星爆炸了，释放出一阵风吹拂着原子，就像微风可以将树叶吹成一堆一样。 无论如何，原子聚集在一起并开始凝聚，直到最终物质变得足够热，开始将氢聚变成氦。 太阳诞生了，不久之后，地球也诞生了。 不到十亿年后，最早的生命出现了，至少在这个星球上——现在我们就在这里。

这个基本故事是科学界几十年来所讲述的：太阳诞生，一段无聊的时光，然后是创世纪。 但是，强大的新型太空望远镜和新兴的“宇宙化学”领域，以及从生物学借用的谱系技术，使天文学家能够为太阳撰写更加丰富和复杂的传记。 今天，科学家们知道我们的恒星并非总是孤单的。 它曾经有兄弟姐妹，甚至可能收养了它们的一颗行星。 太阳及其行星有一个，因为缺乏不太拟人化的词，母亲：一颗巨大的恒星，其短暂的生命为太阳系提供了胚胎物质。 这种前体物质可能与星系的其他部分隔离了至少3000万年，这是一个漫长的孕育期，与太阳制造行星的速度不符。

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即使是太阳最终的死亡也开始变得清晰起来。 天文学家知道，大约在五十亿年后，它将耗尽其氢供应并开始冷却，膨胀成一个肿胀的庞然大物，其外边缘可能会吞噬我们的星球。 但是他们仍在学习太阳的死亡嘎嘎声将如何影响星际介质（填充恒星之间空间的气体和尘埃）、未来恒星的构成以及整个星系。 太阳有可能在死亡时成为“母亲”本身，从而使新的恒星以及可能的新行星得以形成。

在更多地了解太阳的过去、现在和未来时，科学家们不仅仅是在撰写我们自己的历史。 宇宙中可能存在无数的恒星，但我们只能亲密地了解一颗。 我们获得的每一个见解都为我们永远无法如此了解的许多遥远天体投下了光明。

太阳之前：太阳的祖先

在太阳点燃之前的数百万年，在它成为银河系眼中的一丝光芒之前，它的祖先统治着银河系邻域。 这些早期的恒星本身就是银河系第一代恒星的许多代曾孙，它们的数量达到数万颗。 在它们自身形成的几百万年内，其中一些开始死亡。 它们的剧烈死亡为银河系区域播下了第一批重元素，例如铁和铝。 这些恒星的残余物孕育了后代恒星，包括太阳的先祖。

天文学家正在使用陨石（太阳系诞生时遗留下来的碎屑）重建这段历史。 研究人员将陨石中各种放射性同位素的含量与星系星际介质中的含量进行比较，后者不断地被天体死亡的阵痛所补充。 这些放射性物质的丰度各不相同，它们会随着特定的时间尺度而减少，这为天文学家寻找太阳系构件最终存在的时间提供了时钟。

通过追踪一种放射性同位素铝26，法国国家自然历史博物馆的马修·古内尔和日内瓦天文台的乔治斯·梅内特追溯了太阳的家族树三代。 铝26是放射性的，半衰期约为73万年——这意味着任何给定样本的一半将在该时间内衰变。 它存在于追溯到太阳系最早期的陨石中，许多天文学家认为它起源于一颗超新星，这颗超新星可能在太阳形成时在附近爆炸。 但是，一颗超新星来标记太阳系诞生的时刻将是一个不寻常的巧合。 相反，在2012年及之后，古内尔和梅内特表明，铝26可能是在一颗巨大的恒星内部形成的。

根据古内尔和梅内特的计算，这颗恒星将是我们宇宙角落中最庞大的恒星，质量约为太阳的30倍。 像其他巨大的恒星一样，它会经历短暂但壮观的生命，在点燃后的几百万年内爆炸。 它不仅会合成铝26，而且在其超新星的剧烈死亡中，还会将氢气、重金属和放射性元素注入到将成为太阳系的气体云中。 研究人员将这颗恒星命名为“科特利奎”，以纪念阿兹特克宇宙起源论中太阳的母亲。

研究提供了更多关于太阳系构件如何形成的线索。 例如，2014年，澳大利亚的科学家表明，地球和陨石上的一些重金属，如金、银和铂，在大约在太阳诞生前1亿年就到达了附近。 一部分稀土元素，如钕，在大约在太阳形成前3000万年到达了太阳的孕育环境。 因此，太阳孕育了很长一段时间，上限为3000万年。

纽约市熨斗研究所的天体物理学家梅根·贝德尔说，尽管天文学家无法及时回溯以验证这个故事，但他们可以将其与其他具有相似化学成分的行星系统进行比较。 时间线似乎是一致的。 “我们正在将太阳置于其邻居的背景下，并看到对于其形成条件而言，它是一颗非常典型的恒星，”她说。

除了追踪太阳的祖先外，科学家们还在使用生物学工具来寻找它的表兄弟、叔叔和其他亲戚——更广泛的家族树。 植物学家可能会使用DNA或遗传特征将一种植物物种与另一种植物物种联系起来，而天文学家则研究不同恒星中化学元素的比例，以研究它们之间的关系。 格勒诺布尔行星学和天体物理研究所的天文学家迪迪埃·弗莱克斯-伯内特是2001年首次提出这种技术的人之一。 他将其称为“星系分类学”，以生物学家用来描述绘制遗传特征技术的术语分支系统学命名。 去年，智利迭戈波塔莱斯大学的宝拉·乔弗雷和她的同事们使用这种方法为太阳的邻域构建了一棵恒星演化树。

在与剑桥大学的一位生物学家合作时，乔弗雷的团队使用了一种来自生物学的聚类方法，称为距离法，该方法构建了一棵进化树，其中不同的分支表示进化变化。 在天文学中，分支代表在年龄和在星系中的运动模式上分离的恒星种群。 想象一下两代恒星。 第一代有两颗恒星——一颗大的和一颗小的。 更大的恒星会更早爆炸，并以科特利奎死亡并诞生太阳的方式产生第二代恒星。 “第二代携带着来自第一代的信息。 它们在‘基因上’是相关的，”乔弗雷说。 “所以你可能会找到一颗恒星和它的叔叔。”

乔弗雷和她的同事仔细检查了22颗与太阳相似的附近恒星，并专注于17种化学元素作为DNA的替代品，以确定“家族”关系。 他们的分析根据元素比例对恒星进行分组，并将它们分为两个著名的恒星家族。 他们还发现了一些属于一个新的、以前未知的第三组的恒星，乔弗雷说这仍然令人费解。

一颗恒星及其兄弟姐妹的诞生

从科特利奎及其祖先在太阳形成前数千万年的诞生开始，太阳的诞生云中一直很繁忙。 气体坍缩并点燃，形成了其他恒星。 当它们开启时，来自它们的恒星风的压力和它们发出的光会将附近的气体向外推，最终引发更多恒星的诞生：太阳及其同胞。 对这些同胞数量的估计从几百到数万不等。 考虑到太阳行星相当稳定的排列，真相可能更接近下限：更近的兄弟姐妹会扰乱太阳系，改变其内部行星的数量和位置。

尽管太阳的兄弟姐妹出生时相对接近，但它们早已散去。 经过漫长的岁月，一些兄弟姐妹爆炸成虚无，另一些兄弟姐妹由于围绕星系中心旋转速度的微小差异而漂散开来。 它们目前的位置几乎不可能与其起源地相匹配。 “就像我和我的双胞胎兄弟一样，我们一起形成，但我们完全分散开来并做了不同的事情，”哥伦比亚大学的天文学家基思·霍金斯说。 他说，化学标记，也称为宇宙化学——例如比较恒星中某些重元素和轻元素比例的技术——使科学家能够看到恒星之间原本不可见的联系。

2014年，伊万·拉米雷斯开始寻找太阳的同胞，并找到了一颗。 拉米雷斯现在是塔科马社区学院的教授，他从大约30颗候选星开始，他根据它们的化学成分以及它们在银河系中运行的速度和方向选择了这些候选星。 在进一步分析这些特征后，他将范围缩小到一颗恒星，称为HD 162826。 他说，它比太阳重约15%，而且略微偏蓝。 尽管太阳及其同胞会靠得很近地形成，但今天HD 162826距离武仙座110光年。 用一架像样的低倍双筒望远镜就可以看到它，在武仙座的肩膀上方，离明亮的织女星不远。

拉米雷斯说，他的搜索部分是出于纯粹的兴趣，但他也想测试他和其他人将在从新的盖亚卫星下载庞大的银河系数据集时使用的策略。 该航天器旨在测量恒星的亮度和在天空中的精确位置，并将追踪十亿颗恒星，以制作有史以来最详细的银河系3D地图。 其最新一批数据于4月发布，包括超过13亿颗恒星的精确测量数据。 这个数字比以前最好的数据集大一个数量级以上。

拉米雷斯认为，盖亚将帮助天文学家找到大约一半太阳失散的同胞。 这样做，这项调查可以告诉天文学家太阳的诞生环境以及此后它在银河系中的路径。 太阳今天以大约每秒125英里的速度绕银河系中心运行，天文学家认为到目前为止它至少绕银河系运行了20圈。

童年：行星的创造

在太阳及其兄弟姐妹点燃后不久，许多（如果不是全部）恒星周围的尘埃颗粒开始聚结成行星。 至少在我们的太阳系中，行星的形成很快就发生了。 来自陨石的证据表明，一旦固体物质凝结，形成第一代小行星就用了不到一百万年的时间。 主要受铝26衰变的驱动，岩石块加热并分化成具有金属核和硅酸盐地幔的天体。 更大的岩石世界紧随其后。 根据一项估计，火星可能在两百万年内形成。 地球是在太阳形成后的3800万年至1.2亿年之间形成的。

大约在那个时候，我们的恒星可能从一个兄弟姐妹那里捕获了一颗行星。 假想的第九行星，天文学家认为它潜伏在太阳系外缘的理论巨型天体，可能是一个堂兄弟世界，在我们的恒星诞生后1亿年被太阳收养。 为了发生这种情况，第九行星必须在其原始恒星周围以很远的距离运行，大约是地球和太阳之间距离的100到500倍（100到500个天文单位）。 与此同时，这颗恒星必须以大约1500倍的距离从它的兄弟姐妹太阳旁边摆动。 这种类型的恒星相遇在其他星团中相对频繁地发生，因此天文学家知道这是可行的。 如果海王星大小的行星很常见，那么许多恒星很可能在高度偏心的轨道上拥有第九行星类型的世界，这使得它们容易被其他恒星绑架。

2016年，瑞典隆德大学的亚历山大·穆斯蒂尔和梅尔文·戴维斯以及法国波尔多大学的肖恩·雷蒙德计算出，太阳可能有几次机会抢走第九行星。 太阳甚至有可能在不扰乱柯伊伯带（太阳系边缘的彗星和小行星环）的情况下抢走了这个世界。

进一步研究太阳系的外层天体将有助于理论家弄清楚第九行星的亲子关系——如果传闻中的行星确实存在的话。 而且，如果它确实存在，它可能不是唯一一个来自另一颗恒星的入侵者，它扰乱或加入了太阳的家族。 2015年，当时在罗切斯特大学的埃里克·马马杰克和他的同事表明，在7万年前——当现代人类从非洲扩散开来，而尼安德特人仍然生活着时——一颗名为舒尔茨星的恒星进入了奥尔特云，奥尔特云是围绕着太阳的冰冷星子球状壳，超出了冥王星的轨道。 根据马德里康普顿斯大学的卡洛斯·德拉富恩特·马科斯领导的2018年的一项研究，这颗恒星接近太阳不到一光年——这是一次擦肩而过，重塑了一些奥尔特云天体的轨迹。 如今，这颗恒星距离我们近20光年。 天文学家知道，较小的外来天体有时也会来访。 去年秋天，太阳短暂地迎来了第一个已知的来自外部的旅行者：星际小行星1I，或“奥陌陌”。 然而，这块流浪的岩石移动得太快，无法永远加入太阳的圈子。

当太阳形成行星时，它也在改变自身。 贝德尔花了多年时间试图理清恒星的化学成分与其行星制造历史之间的关系，她检查了一组太阳双胞胎恒星，这些恒星不一定来自同一个出生家族，但其化学成分与我们的太阳完全匹配。

贝德尔和她的同事发现，与其他恒星相比，太阳在一个关键方面略有不同：它的外层中岩石物质比与其相似的其他恒星少，其数量大致相当于几个地球质量。 一种解释是，这种物质“被锁定在类地行星或气体巨行星的核心中，现在从太阳外部消失了，”她说。 如果这是真的，那么行星的形成过程改变了太阳，就像分娩改变了人类女性的身体一样。

这一发现也可能为寻找系外行星提供一种新方法。 贝德尔说，如果天文学家发现其他类似太阳的恒星的尘埃物质丰度略低，他们或许可以推断出这些恒星周围也环绕着行星。

在末日

大约在五十亿年后的某一天，太阳将耗尽其核心中的氢燃料。 它将从目前的普通大小和淡黄色变成红巨星，并且它将吞噬最近的两颗、三颗甚至四颗行星。 如果不在老化的太阳表面之内，地球也可能就在附近。 太阳的核心将开始冷却，其核炉将慢慢熄灭。 随着它进一步膨胀到太阳系中，它的引力场将无法 удерживать 其巨大的、扩散的外层。 它的 атмосфера 将会飘散。

“太阳将变成美丽的行星状星云，以白矮星作为其核心，”霍金斯说。 白矮星——一种小的、致密的质量，包含太阳的残余物——会随着时间的推移而冷却，并且它将在银河系中航行到无限的未来。

那么太阳能开始一个新的家庭吗？ 2016年，比利时鲁汶大学的汉斯·范·温克尔和米歇尔·希伦表明，类太阳恒星有可能在晚年制造一批新的行星。 他们使用智利阿塔卡玛沙漠山顶上的甚大望远镜，发现一颗古老、垂死的恒星周围有一个热尘埃盘。 它类似于包裹着新生恒星的原行星盘。 这意味着一些恒星——甚至可能是太阳——可能会有第二次创造世界的机会。 然而，这种情况在双星系统中更有可能发生，而我们的太阳是孤立的。

当太阳死亡时，剩下的东西最终将分散到星际介质中，在那里它不太可能遇到足够的其他物质来凝聚成一颗新的恒星，贝德尔说。 “说它会扩散出去并成为下一代的一部分，生命的循环等等，会更富诗意，”她说。 但是太阳可能会“在星系半外层区域安静地死去”。 几乎没有什么可以讲述它所经历的冒险生活的故事。

然而，与此同时，我们在这里。 我们对太阳所了解的一切不仅是关于我们自己宇宙角落的真理，也是了解我们无法近距离研究的许多恒星的窗口。 “我过去曾听人说，恒星总体上是一个已解决的问题，”贝德尔说。 “但我们仍然有很多不了解的地方。” 太阳正在缓慢但肯定地帮助改变这一点。