太阳也是银河系中的“星漂一族”

现在我们经常听到媒体上把那些长期在城市里打工却居无定所的年轻人称为“漂一族”,假如把这一名称移用来形容宇宙中的天体,那当然就是指那些四处“流浪”的天体。

长期以来,人们一直都认为恒星会在星系的固定位置上度过它的一生,所谓“生于斯,老于斯”,但是最近有科学家经研究发现,有很大一部分恒星并非如此,它们一生在星系中不停地漂泊,后来才算安定下来。我们的太阳就属于此类。如果这一说法是正确的,那么太阳也曾是银河系中的“漂一族”。

是什么让恒星成为

“漂一族”?

科学家是在用大型计算机模拟银河系的形成时得到这个意外的发现的。当模拟中的银河系自己在演化的时候,研究者们注意到,一些围绕着银河系中心旋转的恒星,其轨道会发生剧烈的变化,于是成了太空的“漂一族”。

是什么让它们成为“漂一族”的呢?科学家认为,这是它们跟星系旋臂作用的结果。我们知道,银河系是一个涡旋星系,它有许多漂亮的旋臂。但这些旋臂是怎么回事?为什么那么稳定?却长期以来是一个谜。目前大家普遍接受的一种理论认为,这些旋臂并非一般人所设想的类似电风扇叶片那样的实体,而不过是我们的错觉;它们就好比太空的大堵车,当恒星进入这个拥挤的地段,发生了“塞车”,密集起来,于是看起来在旋臂的位置恒星就显得特别多。虽然不断地有恒星离开,但同时又不断地有恒星进来,所以它的形状得以基本保持不变,于是让我们看起来就好像是一个实在的物体。

根据这种对旋臂的解释,在旋臂处聚集了大量的物质,因此附近的引力也会很强。当一颗恒星即将进入旋臂的时候,它受到旋臂引力的作用,速度会越来越快,而我们知道,速度越快,离心力越强,所以它就朝着远离银河系中心的方向漂移;反之,当一颗恒星离开旋臂时,它的运动速度因受旋臂引力的牵制会越来越慢,这样它就不得不朝着银河系中心的位置漂移;如此一来,就形成了壮观的太空大迁徙。据科学家估计,在银河系中,大约有50%的恒星自诞生之后发生过这样的迁徙,我们的太阳就属于此种情况。

不同重元素含量的

恒星杂然相处之谜

这个现象可以用来解释天文学上一个长期让人困惑的问题,即恒星混合问题。我们知道,自宇宙诞生以来,恒星就在不断产生和死亡。但每代恒星的构成和“生长”环境其实是有差别的。在宇宙诞生之初,物质只有氢和氦这两种简单的形式,所以第一代恒星的组成也只有这两种元素。但恒星是宇宙中的“元素加工厂”,它们在燃烧的时候不停地把氢和氦聚合成更重的元素,当它们死亡时,就通过一次性的超新星爆发把含有更重元素的“骨灰”抛撒到宇宙空间,于是它们的“骨灰”又成了下一代恒星赖以形成的原料。

天文学家认为越靠近银河系中心的位置,那里的恒星应该含有越丰富的重元素,因为越靠近银河系中心,引力越强,因此物质密度更大。这种地方“营养丰富”,所以恒星更容易诞生,而且诞生的恒星个头也越大;而恒星个头越大,燃烧越快,因此寿命也越短。这样一来,你可以想见,越靠近银河系中心,那里恒星更新换代的周期就越短,重元素的含量就越丰富。因此在银河系中,假如这些恒星都“生于斯,老于斯”,我们就可以预言,越靠近银河系中心,恒星的重元素含量就越丰富,而处于邻近区域的恒星,应该有着差不多一致的重元素含量。

关于一颗恒星中含有哪些元素,它们的含量是多少,现在天文学家可以通过恒星的光谱轻而易举地分析出来。但给出的结果与预言是矛盾的:含重元素丰富的恒星与重元素匮乏的恒星几乎杂然相处;比如我们的太阳含有的重元素比例,就比邻近的恒星高出不少;这就好比每个城市每个地区都有穷人和富人,并没有出现“富人集中北京,穷人集中在海南”的情况。

过去因为天文学家一直认为,恒星从诞生起它在星系中的位置就是固定的,所以他们解释不了这种现象。但用目前这个新发现,那上述现象就不难解释了:恒星在旋臂作用下,处于不断迁徙之中,有些诞生于银河系中心区域的恒星迁徙到了边缘,而有些诞生于银河系边缘的恒星又迁徙到了中心区域。比如说,太阳很可能就诞生于比现在更靠近银河系中心的区域,后来才漂移到目前这个位置。

造成地球生命周期性灭绝的元凶?

还有人把太阳在银河系中的迁徙跟地球上生命的周期性灭绝联系起来。

我们知道生命是脆弱的,气候的剧烈变化、紫外线过强等因素都会导致地球生命的大规模灭绝。人们统计了一下,在地质史上,这样的较大规模的灭绝事件大约发生了12次,但有趣的是,这些事件并非毫无关联,它们的间隔周期大约是2600万年。

最初有人把这种周期性的灭绝事件归因于太阳还有一颗目前还未被发现的伴星,这颗伴星离太阳很远,发出的光很微弱,导致我们难以发现它;但太阳绕着它与这颗伴星的共同质心有一个大约2600万年的公转周期。当这颗星靠近太阳系的时候,其强大的引力会把太阳系外围的小行星和彗星吸引到内层,这些天体轰击地球,导致生物大规模灭绝。许多年来科学家一直在寻找这颗想像中的太阳的伴星,而目前已经基本上排除了它存在的可能。

于是,现在有人想到了太阳在银河系中的迁徙:因为银河系的旋臂始终存在,而且数量不止一条,所以我们可以猜测,太阳每穿过一次旋臂,就漂两次,第一次朝外漂,第二次朝内漂。倘若太阳朝内漂,刚好漂到一块恒星密集的地方,那里来自其他恒星(尤其是可能存在的超新星)的辐射过强,就会把地球上空的臭氧层破坏殆尽,于是地球生命也随着遭殃。因为太阳穿过银河系的旋臂是有一定的周期的,所以地球上的生命灭绝事件也呈现一定的周期性。

在离太阳1000光年的地方,就躺着一个可怕的家伙——猎户座星云,那里是孕育各类巨恒星的摇篮。这些恒星演化到晚年,都要发生超新星爆发,在短短数天内发出比太阳明亮上亿倍的光。假如我们的太阳不小心漂到那儿,虽然对于它自己没什么,但娇弱的地球生命可就遭殃了。

1999年,有位德国科学家在南太平洋海底发现铁的一种同位素铁-60,这种同位素有着260万年的半衰期。有证据表明,这种铁-60不可能在地球上生成,只能来自超新星爆发,因此这位科学家猜测,它很可能是几百万年前距地球大约只有100光年的一颗超新星爆发之后,漂到我们地球上的。会不会那个时候,我们的太阳正好处于离猎户座星云很近的位置呢?

假如果真如此,那我们可真要担心了,当下次太阳穿越银河系旋臂,说不定灭绝的就该是我们了。

观测上的证据

不管我们多么言之凿凿,这个“恒星漂移说”毕竟只是计算机模拟的结果,而天文学上看重的是观测上的证据。那么,它有观测证据吗?也许已经有一个了。

2003年,三位美国天文学家通过观测,在冥王星轨道外发现一颗小行星,他们把它叫做“赛蒂娜星”。赛蒂娜星是目前除了长周期彗星外,人们在太阳系中找到的离我们最远的天体。它绕太阳一周需要11400个地球年。

让天文学家感到困惑的是赛蒂娜星有一个极扁的椭圆轨道,最远距离太阳960天文单位(地球离太阳的距离为1天文单位),是天王星与太阳距离的32倍。按他们的设想,太阳系内的行星诞生于围绕着年轻太阳的尘埃盘,这些行星都应该有近似圆形的公转轨道。

但赛蒂娜星的公转轨道却扁得出奇,所以他们认为,肯定有什么质量非常大的天体从赛蒂娜星身边掠过,强大的引力才把它的轨道拉成了现在的这个样子。那个擦肩而过的天体的质量至少是恒星量级的。难道有另一颗恒星曾经从我们太阳系身边掠过吗?天文学家又觉得这很荒唐,因为恒星自诞生之后就固定在自己的位置上,谁会跑到太阳系来“串门”呢?

可是假若恒星会在星系中漂移,那这个现象就不难解释了。如果太阳诞生于更靠近银河系中心的位置,那里的恒星更加密集,当太阳往外漂的时候,就很可能与别的恒星擦肩而过,于是太阳系外围行星的轨道就被别的恒星拉成了极扁的椭圆状。

当然,单有这么一个观测例子要证明这个理论还远远不够。科学家期望未来在太阳系的边缘能发现更多的类似赛蒂娜星这样具有极扁椭圆轨道的小行星,这样才能做出最后的结论。

在历史上,曾经有位天文学家提出过一个疯狂的设想:人类不妨向太阳发射炸弹,来改变太阳内部的核反应进程,从而改变太阳以及整个太阳系的轨道,这样,我们到邻近的恒星,比如说半人马座,距离就可以大大缩短了。现在让他吃惊的是,太阳也许早就已经实现了星际旅行。