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如果太阳变成红巨星,人类只能移居到太阳系边缘

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发表于 2016-5-24 00:48:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
土卫二和木卫二因为其表层之下深埋着巨大的海洋,因此它们也被认为是太阳系中最有可能存在外星生命的星球。但是,由于这两颗卫星距离太阳太远,其极端寒冷的表面环境可能难以支撑生命的存在。不过,美国康奈尔大学卡尔-萨根研究所科学家最新研究发现,随着太阳变得越来越大、越来越热,就可能会逐个吞噬水星和金星,并将地球和火星变成炽热的、不可居住的岩石星球,土卫二和木卫二这两颗冰冷的卫星反而变成了更适宜生命生存的理想家园。

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  天文学家在搜索系外行星时,如果发现可能适宜生命存在的星球时,经常会使用“宜居带”(绿色)这个词汇。


  天文学家在搜索系外行星时,如果发现可能适宜生命存在的星球时,经常会使用“宜居带”这个词汇。此外,还有一个类似的词汇--“适居带”,指的是一颗行星与其主恒星的距离恰好处于最理想范围内,即有液态水存在于行星表面上。地球就位于太阳系的宜居带中,它即不像水星和金星那样炽热,也不像木星和土星那样寒冷。
  在整个宇宙中,有无数个像太阳这样的恒星,它们处于不同的生命阶段。有些恒星比其它恒星更亮更热,这就意味着它们的宜居带比地球与太阳的距离更远。现在,科学家对环绕不同类型恒星运转的不同位置的行星进行了模拟演示,并推算它们呆在宜居带中的时间长短。

  美国康奈尔大学卡尔-萨根研究所科学家拉姆塞斯-拉米雷兹认为,天文学家通常研究那些处于“中年”阶段的恒星,比如我们的太阳。但是,要想找到宜居的世界,人们必须要研究所有不同“年龄段”的恒星。“当一颗恒星变老变亮时,宜居带会不断向外移,这可能给某个行星系统带来第二次生命。在我们的太阳系外层区域中,现有的天体都处于冰冻状态,比如土卫二、木卫二以及其它环绕木星和土星运行的卫星。”

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  在未来数十年亿后,太阳将变成一颗红巨星,让遥远的世界,如木星、土星、海王星以及它们的卫星变得温暖起来。这就可能建立起一个新的红巨星宜居带,其中包括了木星、土星、海王星等。

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开普勒太空望远镜发射于2009年3月。

  根据主恒星的质量不同,行星与它们的卫星可能会在宜居带范围内徘徊大约90亿年。比如,地球已经在太阳系宜居区内呆了大约45亿年。在此过程中,生命的形式也发生了很大变化。天文学家利用美国宇航局开普勒太空望远镜发现的最古老的系外行星已有110亿年历史。

  拉米雷兹介绍说,“我们的模型预测,当恒星最终离开恒星进化的‘主序列’,逐渐变成红巨星时,宜居区也在向外扩展。太阳系目前的宜居区范围,大概介于金星轨道之外到火星轨道之间。然而,在红巨星阶段(对于太阳来说,这大约发生于70亿年之后),恒星将变得越来越大、越来越亮,因此宜居带会逐渐向恒星系的外层区域移动,即外层区域内的行星和卫星将进入宜居带中。任何最初的冰冻世界,比如土卫二和木卫二,都将融化,其表面此前存在的生命都将暴露于大气中。这样,红巨星阶段,这个恒星系统的生命将迎来第二次生命。”

  不过,拉米雷兹也承认,随着宜居带的外移,可能会发生更多不利于生命存在的奇怪事情。比如,密集的恒星风将破坏行星的大气层。此外,由于红巨星质量变轻,行星也将逐渐向外层空间移动。“我们的模型显示,即使出现这些奇怪的事情,在整个红巨星阶段一些行星至少可以保留它们的大气层。这就是我们研究工作的希望所在。在我们的研究基础上,天文学家将能够对所有已知红巨星的现状进行分析,并利用我们的模型预测恒星的大概年龄。”

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近期,开普勒太空望远镜发现了1284个系外行星。


  行星多样性表明,在其它恒星周围,可能存在与我们地球大小相当的冰冻行星。随着这些恒星逐渐变老,那些冰冻的行星就可能变成宜居的星球。在未来数十年亿后,太阳将变成一颗红巨星,让遥远的世界,如木星、土星、海王星以及它们的卫星变得温暖起来。这就可能建立起一个新的红巨星宜居带,其中包括了木星、土星、海王星等。
  卡尔-萨根研究所负责人、天文学家丽萨-卡尔滕格教授认为,“很久以后,我们的太阳将变成一颗红巨星,并将地球变成一个生命无法存活的炽热废墟。然而,在我们的太阳系中,还有一些区域可以支撑生命的存在。”拉米雷兹解释说,“对于像太阳这样的恒星来说,一些较老的冰冻行星可能会在红巨星宜居区内变得温暖起来,并存在长达五亿年时间。”

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 楼主| 发表于 2016-5-24 00:53:16 | 显示全部楼层
在几十亿年后,太阳膨胀成了一颗红巨星,地球上的海水将被蒸干,大气被灼烧殆尽。地球上的生命彻底终结,但是在外层太阳系,好戏才刚刚开始。木卫二和土卫二将会融化成一片汪洋,为任何后人类时代的生命形式提供避难所,而它们原本的家园已浸泡在了岩浆里。
 
根据美国天文学家拉美西斯•拉米雷兹(Ramses Ramirez) 和丽萨•卡尔滕内格(Lisa Kaltenegger)所建立的新模型,这至少是人类和太阳系一种可能的命运——这项研究5月20日发表在了《天体物理期刊》(Astrophysical Journal)上。该研究的重要发现,即随着我们的太阳衰老膨胀,外层太阳系中的冰冻卫星可能会变得宜居,对于银河系中哪里可能存在生命的有着深远的意义。
 
“我们已经知道,未来太阳会变得过于炎热和明亮,使得地球上的生命无法存活,” 卡尔滕内格表示,“科幻小说经常讲述人类搬到火星或更远的地方居住的故事。现在我们知道该往哪儿搬了。”
 
这一研究不仅为人类的浪漫幻想——在太阳衰老后移民到离太阳更远的轨道——提供了支持,它同时还意味着,现在被困于冰冻卫星表面之下的任何外星生命都有可能在五十亿年后大爆发,当环境越来越热,这些生命将开始繁衍和演化。
 
“随着内层太阳系被烤得越来越热,寒冷的外部地带会更适宜居住。”

 
到目前为止,热衷于在太阳系之外寻找宜居世界的天文学家们非常关注那些与地球相似的行星和与太阳相似的恒星。也就是说,在所谓的主序星(即在其核心发生氢聚变的恒星)周围的宜居带里公转的那些体积小的岩质行星有可能会是一个宜居的世界。当恒星耗尽了所有的氢燃料,就会离开主序带并继续以各种形式度过余生。比如,我们的太阳将会在大约五十亿年后膨胀成一个红巨星,把到火星以内的一切事物都烧成灰烬。
 
从地球的角度看,这显然是一个坏消息,有如地狱烈焰一样糟糕。但是随着内层太阳系被烤得越来越热,寒冷的外层地区会变得更宜居。当恒星衰老并进入红巨星阶段时,类似的宜居带的演化将在整个银河系范围内上演。
 

拉米雷兹 和卡尔滕内格r的新模型所确立的太阳系现在和未来的宜居带。图片来源:康奈尔大学

 
这就引出了一个耐人寻味的问题:红巨星和它们所演化出的宜居带能支持生命存活吗?
 
为了回答这个问题,拉米雷兹和卡尔滕内格模拟了不同体积的恒星变成红巨星时宜居带的位置变化。当一个恒星膨胀时,宜居带自然而然地向外迁移。但对生命至关重要的问题是,红巨星的宜居带可以维持多久?研究结果表明,这取决于恒星最初的质量。
 
根据这个新的研究,未来太阳系的红巨星宜居带将会持续大约五亿年。但质量较小的恒星能维持红巨星状态长达九十亿年,其宜居带维持的时间比地球上的生命存在至今的时间还要长。
 
“‘宜居’就是与地球相似的星球和与太阳年龄接近的恒星吗?我们的研究正在彻底颠覆这个观点,”卡尔滕内格说道。
 
拉米雷兹表示同意。“总的说来我们给观测者们提供了一个任意恒星宜居带的导航图,”他说。“这是一个用于寻找所有潜在宜居行星的工具。”
 
“我们已经知道,未来太阳会变得过于炎热和明亮,这使得地球上的生命无法存活。科幻小说经常讲述人类搬到火星或更远的地方居住的故事。现在我们知道该往哪儿搬了。”

 
近年来,木卫二和土卫二这两颗外层太阳系的冰冻卫星已被标记为外星生命可能的居住堡垒。这两颗卫星都有高温岩质的核心,而且就土卫二而言,已经有确凿的证据证明在其整个星球表面之下有海洋存在。这个研究中的一个非常吸引人的暗示是,像土卫二这样的冰冷世界,在遥远的未来也许会演化成一个水上天堂。到那个时候,任何被封锁在深海的生命也许会延伸至表面,产生与地球相似的生物圈,可以被外星球上的天文学家观测到。
 
当然,我们不可能有机会观察太阳系中的事物是否会这样演化至最后。但是那些正围绕红巨星运转的行星和卫星也许能给我们提供线索。天文学家们目前已在离地球100光年内找到23颗红巨星,以及另外100多颗接近红巨星阶段的恒星。
 
“在那些最初完全冰冻、但是现在处于宜居带的世界里找到生命迹象,这件事会非常震撼,”卡尔滕内格如是说。“这将在某种程度上帮助解开地下海洋是否可以有生命这个谜题。无论我们在木卫二和土卫二上发现了什么,都会成为这个谜题中非常有趣的一部分。
 
当然,等到外层太阳系变得宜居,我们的后代可能已经生活在穿越半个银河系才能到达的戴森球中的一架云服务器上。然而,没有人知道未来究竟会怎样。也许一些“顽固派”会选择留在地球上,迎接残酷的结局,等待着自己的豪华游艇在木卫二上启航的那天,或者用聚变推进器把我们的古老家园推到安全的地方去。
 
显然,在我们离去后,生命还有很多选择。
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