再過大約50億年,我們的太陽就會進入到演化末期,變成一顆紅巨星。它的核心會逐漸收縮,變成一顆白矮星,同時外殼會迅速膨脹,直徑達到差不多2億公里。
地球和太陽的距離大約是1.5億公里,屆時地球軌道一定會被太陽吞噬。因此,地球很可能會面臨一場前所未有的危機。如果地球就留在這個位置上,那麼它一定會被太陽吞噬,化為灰燼。當然,科學家們也有一個相對樂觀一點的預期,那就是強大的太陽風會將地球推到更遠的位置上,讓地球免遭被吞噬的命運。
究竟哪一種情況會真實上演,科學家們爭論不已。想要找到答案,不需要等到50億年後,只要我們在宇宙中找到經歷了相同情況的天體,就能夠推測出地球未來的命運。
最近,天文學家們利用歐洲航天局的蓋亞衛星對四顆白矮星的大氣層進行了觀測和分析,找到了可能的答案。這些白矮星,就是太陽未來的歸宿,它們就像是太陽系未來命運的預演,被我們觀測。
通常來說,白矮星會被一層熾熱的氫和氦包裹起來,而在這四顆白矮星大氣中,科學家們竟然發現了大量的鋰、鈉和鉀。這些元素通常在行星的地殼中比較常見,而理論上白矮星基本是完全由碳和氧構成的。這樣的檢測結果令科學家們非常興奮,這正是他們想要看到的結果。
英國華威大學的天體物理學家Mark Hollands是本次研究的領導者,他指出:這些地殼中常見的金屬出現在白矮星上,意味著它們在死亡之前很可能像我們的太陽系一樣,有岩石行星圍繞自己公轉。隨著它們進入到演化末期,走向死亡,它們也將自己的系統撕成了碎片,甚至吞噬了其中的殘骸。
我們知道,小到8%太陽質量、大到8倍太陽質量的恆星,最終的宿命都是白矮星。它們會在坍縮過程中將核心的全部質量壓縮在一顆可能比地球還小的空間內,這就是白矮星。因此,白矮星的密度非常驚人,附近區域受到的引力也非常恐怖。
在剛形成的時候,白矮星的溫度非常高,表面甚至可能超過10000℃。從此,它就會開始極其漫長的降溫過程。隨著白矮星的降溫,它所釋放的電磁波波長也會有所變化。透過對不同波長的觀測和分析,科學家們就能夠了解白矮星的大氣中有哪些元素。
一般來說,白矮星周圍都會有一層比較薄的大氣層,其主要成分就是氫和氦。不過,如果白矮星周圍有其他物質,也是有可能被吸附到白矮星上的,比如去年科學家發現過一顆大氣層裡幾乎充滿了氧氣的白矮星。同時,如果白矮星周圍有一顆破碎了的行星,那麼這些碎片也可能被白矮星吸走。只要檢測不同元素髮出的不同波長的光,科學家就能夠發現它們。
在本次研究中,Hollands的團隊就是利用這個方法,尋找白矮星上是否有行星殘骸的證據。
為了找到這個證據,他們從歐洲航天局蓋亞衛星所獲得的1000多顆白矮星的相關資料,對其中四顆距離地球130光年以內的白矮星進行了研究。這幾顆白矮星的年齡都在50-100億年之間,這段時間足夠它們大幅降溫,以便科學家們透過光譜來對它們大氣中的元素進行探測。
在這四顆白矮星上,研究人員都發現了鋰以及其他金屬元素的存在,這些都非常符合他們的預期,正如Hollands所說,這些白矮星大氣中的成分“與地球大陸地殼的成分完美匹配”。
這些線索都告訴我們:曾經圍繞它公轉的行星已經被它無情地撕碎、吞噬。根據推測,這些行星應該是在此前的恆星膨脹為紅巨星,並且將外殼完全拋射到太空中之後才墜入白矮星的。並且,根據研究人員的推測,它們是在大約200萬年前墜入白矮星的,其地殼物質汽化後與白矮星大氣相融合,成為了我們今天觀測到的模樣。
這樣的場景,未來就極有可能在太陽系上演。當太陽進入到演化末期,進入紅巨星或者白矮星階段時,內側的四顆岩石行星將會面臨生死的考驗。
Hollands向我們描述說:“隨著紅巨星階段落下帷幕,太陽將會變成一顆白矮星。由於太陽變成白矮星後質量只有原來的一半,行星也更為遙遠,它們的軌道也將因此變得更為混亂。”
在這種混沌的狀態下,行星之間相互碰撞的機率也會大幅提升。如果是地球這樣的岩石行星之間發生碰撞,那它們將會被炸成碎片,分散在太空之中。其中一部分會在木星的引力作用下甩出太陽系,但也有一部分會墜落在太陽形成的白矮星上。
從這四顆白矮星身上,Hollands等人似乎看到了太陽系的未來。但是,我們也不能完全肯定,地球到底會走到哪裡。
正如開篇所說的,地球可能在太陽膨脹為紅巨星的時候就被吞噬了,同樣參與了這一次研究的華威大學Boris Gaensicke教授也提出了這種可能。不過,按照本次研究的結果,即使地球沒有被吞噬,也很可能以行星碰撞的結局收尾,看起來也沒比被紅巨星吞噬好到哪裡去。
因此,如果未來的地球想要擺脫這樣的厄運,只有像電影裡說的那樣流浪到其他恆星周圍去定居。而且,不需要等到50億年後,大約再過10億年,太陽就會變得極其炎熱,地球將會被炙烤到100℃以上,成為煉獄。因此,人類需要在10億年內逃離太陽系。當然了,對於幾億年後的人類來說,這樣的科技應該也不算困難了——當然,前提是那時候還有人類。