天文
奇特的外星世界表明地球可能在太阳死亡后存活下来
我们曾以为地球在另外50亿年的太阳燃烧殆尽后无法生存。现在，我们发现了一些奇特的“孤儿行星”，这可能迫使我们重写地球的命运。
在我们确信知道地球“死期”的那段日子里，一切都显得愈发明了。故事是这么讲的，从今开始，5000亿年后，太阳系会见证巨大变革。太阳将不再是我们熟悉的亲切星火，而是会变成一个比今天体积大上百倍的巨大幽灵。在这个过程中，它会摧毁内部的石质行星，包括我们的地球。
这是真的吗？我们最近第一次看到其他恒星的衰亡阶段。令人惊讶的是，一些行星似乎能够在这些末日时期幸存下来。这些发现挑战了地球将如何死亡的故事，并让我们对地球可能躲过太阳的希望略有所增。即使不能，也并非所有希望都已破灭。这项研究也为我们提供了人类可能最好的避难所的线索。
太阳会如何死亡
太阳的生命力得益于核聚变，这个过程中氢原子融合成氦，同时释放出大量能量。但我们的恒星注定会面临一个致命的事实：它的氢供应是有限的。当氢开始耗尽时——这大约还需要50亿年——太阳的内部构造会发生改变，它将膨胀到现在规模的大约200倍。它将从今天的黄矮星变成红巨星。在进一步经历十亿年左右的收缩与膨胀过程后，它将死去并变成一颗被称为白矮星的恒星尸体。
当太阳日益庞大、变成红巨星时，太阳会变得越来越热，因为太阳核心里的核反应会向外扩散，寻找更接近太阳表面的新的氢燃料源。在大约10亿年后，我们认为地球表面的温度将足够高，以至于能煮沸海洋，使地球陷入盐碱地和沙丘覆盖的状况。失去水分后，地壳板块运动将停止，而岩石将因极高的温度而开始融化。
如果人类在那个时刻还留在这里，我们可能很难再挺过去，因为很不幸，更糟糕的事情还在后头。当太阳膨胀的时候，首先是水金星，然后是金星，将被吞没。他们的外层将蒸发，剩下的灰烬将进入太阳的火焰深渊。据我们估计，红巨星的表面最终会触碰地球现在的轨道。因而，即使地球没有被太阳吞没，它也可能会被灼热至无法辨认的地步。
今年三月，麻省理工学院的Kishalay De和他的团队首次观测到了这个绝望的过程。他们发现了一颗距离我们大约13,000光年的恒星，它的亮度在10天内增加了100倍，这表明它吞噬了一颗大小约为地球30倍的行星。
逃生方案
谢天谢地，天文学家们为人类设计了一个逃生方案。当太阳系内部变得犹如地狱一般时，那些现在还是冷僻荒凉的边陲地带会得到升温。“当太阳变成一个红巨星，适宜的生存环境将更广泛，”芝加哥大学的天文学家Rafael Luque说。“我们知道木星和土星的卫星上有很多水，因此它们可能成为太阳系的第二代生存区域。”
我们有确凿的证据表明，类似木星的这种气态巨星可以在母星死亡后继续生存。2021年，这样的一颗行星被观测到盘旋在银河系中心附近的一颗白矮星周围。天文学家从这颗恒星和这颗行星大致在同一时间形成这一事实得出结论，这表明这个世界不仅在恒星的红巨星阶段存活了下来，而且在恒星死亡时整个抛出气球层，崩溃变成一颗白矮星的过程中同样生存了下来。
这个不死鸟行星距离他的母恒星大概是地球离太阳的2.8倍。它的存在提示我们，或许我们真的可以在我们自己的宇宙后院，也就是一个气态巨型星的卫星上寻找藏身之处。木星离太阳的距离大概是地球的5.2倍。如果那里也太热的话，土星离太阳的距离是木星的近两倍。
然而，有可能我们不需要采取如此决绝的措施。地球可能会在太阳变成红巨星后继续存在。马萨诸塞州哈佛‐史密森尼天体物理学中心的Shreyas Vissapragada认为，它可能被膨胀中的太阳的太阳风推到更远的地方，因为太阳在变成红巨星过程中太阳风会增强。即使太阳风不能来救场，还有希望——至少8 Ursae Minoris b，或称之为Halla的这颗行星的发现就是这么暗示我们的。这颗星球从2015年开始备受关注。一开始，它被认定为“热木星”，即靠近它的母恒星Baekdu的气态巨星。唯一的问题就是，“这颗行星现在不应该存在。” 夏威夷大学马诺阿分校的Marc Hon说。
Hon 在2023年初得出了这个惊人的结论。通过观察 Baekdu 表面的震动，他的团队得出结论，这颗恒星一定处于其演化的高级阶段。深入其内部，它必须通过将氦融合成碳而产生能量，而不是像太阳一样，把氢融合成氦。这意味着 Baekdu 已经经历了它的红巨星阶段。按照我们所认为的知识，Halla 应该早就被吞没，被烧焦，然后蒸发了。
死星周围的行星
“这是我们知道的第一个系统，其中一个行星在燃烧核心的氦的巨星周围非常接近地存活下来，”Hon 说。“从我们对普通巨星是如何演化的理解，他们开始燃烧氦只有当他们膨胀到巨大的大小，并且这种膨胀应该已经消耗了这个行星。” Halla 如何逃脱被毁灭的过程尚不清楚。
即使地球在我们的太阳的红巨星阶段存活下来，并成为白矮星的一颗行星，我们也可能还没有保险。在2022年11月，Abbigail Elms在英国华威大学和她的同事们发现了一个白矮星系统，距离我们90光年，满是死星的遗迹。“通过观测白矮星，我们可以推断出行星是由什么组成的，”Elms 说。看起来这个墓地可能是地球样行星的碎片污染的，有钠、锂、钾和碳的痕迹。
如果这些行星在恒星的红巨星阶段存活下来，他们可能会遭遇严重的命运。白矮星的质量约为太阳的质量，但它的体积小于地球，这使它们拥有极强的表面重力。这在任何附近的幸存行星上都会产生如此极端的潮汐力，以至于它们可以被字面上拉开。然后，这些轨道物质会旋入白矮星。如果这个命运降临到我们的家园，这意味着它勇敢地避开了火的死亡，却被一肢一腿地撕裂。
无论我们如何看待它，如果人类坚持在这里生活下去的话，几十亿年后，我们可能需要离开我们的星球。但真正让人害怕的是，我们可能还不能直接去木星的卫星躲避。除非太阳变成一个完整的红巨星，否则它们还不够热。但我们肯定要在那之前离开地球飞船。
那么如果我们不得不疏散，木星还没有热到足以让它的卫星变得适宜居住，我们该怎么办？离太阳比地球远一倍半的火星可能会非常有吸引力。至少可以再历练几十亿年。
本文译自 New Scientist，由 超载鸡 编辑发布。