一万亿年后:新一代行星
- 仁医小五
- 2019年6月30日
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随着时间的推进,宇宙中重元素的比例会越来越大,在这一新环境下产生的恒星也会与现在的恒星有着诸多的不同,首先它们会变暗,并拥有更长的寿命,而随着时间继续流转,当重元素的比例达到目前恒星中重元素比例的4倍时,另一效应会开始占据主导,那就是重元素开始阻碍核聚变的进行,进而缩短恒星的寿命。
事实上,除了会对未来的恒星产生显著的影响之外,重元素增多这一事实,也会对行星产生不可忽视的影响。首先,重元素有利于行星与恒星一起形成,这无疑为生命的出现提供了不错的前景。目前的对系外行星系统的天文观测表明,拥有较多重元素的恒星更有可能拥有一颗或多颗巨行星。这一现象就说明,行星的形成和重元素的数量之间存在着明确的相关性。具体来看就是,星际介质中重元素不断增多,行星出现的概率就可能上升。
当然了以上说的是像木星、土星这样的气态巨行星,那么类地行星会如何呢?由于目前的天文观测所能探测到的类地行星数量还很有限,所以其样本还不具备统计学意义,但显而易见的是,类地行星的形成也应该与宿主恒星的重元素丰度有关,而且这一相关性甚至要更强,因为类地行星几乎全部由较重的元素构成,比如地球地壳中含量最高的元素就是氧、硅、铝、铁。所以可以想见,在遥远的未来,宇宙中应该会充满了行星。尽管恒星的形成速率会变小,但到目前为止,可能还有一半甚至三分之二的行星还未诞生。
也许表面看来,行星的增多似乎对生命没有太大的意义,毕竟在极其遥远的未来,绝大多数恒星都要比太阳小得多,也暗得多。但幸运的是,即便是一颗低质量、暗弱的恒星,也能衍生生命。比如说光度仅有太阳千分之一的恒星,就可使距其很近的行星具有合适的温度,维持液体存在所需的温度,满足生命存在所需的可能条件。
不仅是变得更为普遍,行星之上还会含有更多生命所需的物质。除了液态水,地球上的生命以及科学家猜想的几乎所有生命形式,还会依赖碳、氮和氧,对于这些元素来说,随着时间的推移,其相对丰度也会提高,这也会促使更多适宜生命存在的行星的诞生。所以,随着恒星形成的逐步减缓,每一颗新生的恒星拥有一颗或多颗可承载生命的行星的概率,应该会逐渐提高。同时,一些新生恒星的质量可能很小,光度可能很低,这使得它们可以持续燃烧数千亿甚至数万亿年,虽然这不是生命诞生与演化的必备条件,毕竟对于生命来说,有个几亿年十几亿年就足够了。不过这毕竟是一大优势,时间长就意味着可能性更多。所以,无论今天的宇宙是充满了还是鲜有生命,未来它应该都会拥有更丰富和更多样的生命形式。
但正所谓:福兮祸之所伏。有好的一面,就必然伴随着不好的一面。行星系统的寿命是如此之长,新的效应就会显现出来,那就是发生以前不可能发生的事情。对于人类来说,我们理所当然地认为太阳系是稳定的,没有人会担心地球的轨道会日渐混沌,并最终和金星或火星相撞。但是当我们探究几十亿年的时间尺度时,这种确定性就会荡然无存。2009年,来自法国的一个天文学家团队,对太阳系四颗内行星的未来轨道做了数千次模拟,在每一次模拟中,他们都会稍微改变这些行星的初始位置,虽然只有几米的偏离,但结果发现,在未来的50亿年中,水星会有1%的概率猛烈撞上金星,为接下来更可怕的、可能会牵涉地球的碰撞埋下了伏笔。而在未来的1万亿年中,这种碰撞发生的可能性无疑会更高。
除了行星之间会发生碰撞之外,在漫长时间尺度下,恒星也会变得不再“恒”。特别是在紧密结合的双星、三合星以及成员更多的聚星系统中,恒星会在相互引力的作用下,绕着每个系统的质心运动。对于星团乃至整个星系来说也是如此,目前来看,在所有这些结构中,恒星几乎都永远不会相撞,虽然它们在天文学上“天涯若比邻”,但毕竟也是相隔天涯。不过在长时间下,“几乎永远都不”会演变成“有时”,最终变成“几乎总是”。每个双星系统,最终要么是在外部引力的作用下瓦解,要么就会由于引力辐射而带走系统的能量,并逐渐靠拢、合并。如果两颗恒星相距较远,双星系统会面对前一种情况,相反,则会遭遇后者。
当两颗恒星合并的时候,它们会暂时形成一颗质量更大也更明亮的恒星,而对于之前处于行星系统中的行星来说,如果它们处于比较靠近恒星的轨道之上,就十分有可能和恒星合并,如果有一颗类木行星,那么它就会为恒星提供新鲜的氢补给,在短时间内猛烈地提高该恒星的能量输出。所以在未来,这样的恒星爆发会不时打断恒星数量和亮度缓慢下降的趋势,就算是一万亿年后的天文学家也会观测到,在他们的星系中,数目不断减少的恒星中,会有一些奇怪的事情不时发生。
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