人們常常在繁星點點的夜空中尋求寧靜，這的確是一個合適的地方。夜晚是黑暗的，因為從宇宙的角度來看，我們的太陽及其行星家族非常孤獨。鄰近的恆星離我們太遠，看起來就像微小的光點，而更遙遠的恆星則模糊成微弱的光暈。我們速度最快的太空探測器也需要數萬年才能穿越到最近恆星的距離。太空像環繞小島的海洋一樣將我們隔離起來。
然而，並非所有恆星都如此孤立。大約十分之一的恆星屬於星團，這是一個由數百到數萬顆恆星組成的群體，直徑為幾光年。事實上，大多數恆星都誕生於這樣的星群中，這些星群通常會在數十億年的時間裡逐漸消散，它們的恆星融入星系的其他部分。那麼我們的太陽呢？它也可能誕生於星團中嗎？如果是這樣，我們在銀河系中的位置並非總是如此荒涼。只是隨著時間的推移，星團消散後才變成這樣。
越來越多的證據表明情況正是如此。儘管傳統觀點曾經認為太陽是獨生子，但現在許多天文學家認為太陽是大約 1000 個兄弟姐妹中的一員，它們幾乎在同一時間誕生。如果我們生活在太陽系誕生之初，太空就不會顯得如此空曠。夜空中會充滿明亮的星星，其中至少有幾顆像滿月一樣明亮。有些甚至在白天也能看到。抬頭看會讓我們眼睛感到刺痛。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您將幫助確保未來能夠繼續講述關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事。
太陽可能誕生的星團現在早已消失。我整理了現有的資料，並對它可能的樣子做出了有根據的猜測。根據這些推斷出的屬性，我計算了以前的星團成員在星系中可能的軌跡，以找出它們可能最終到達的位置。儘管它們已經分散並與數百萬顆無關的恆星混雜在一起，但應該可以透過歐洲航天局的全球天體測量干涉儀天體物理學衛星 (GAIA) 識別出來，該衛星於 2013 年發射升空。它們的軌道運動和類似太陽的化學成分應該會暴露它們的身份。與我們失散多年的恆星兄弟姐妹重聚應該能夠使天文學家重建一團無定形的 газовое 雲和塵埃凝聚成我們太陽系的條件。
我們誕生的記憶
太陽有兄弟姐妹的最有力的證據出現在 2003 年，當時現在在北海道大學的立花翔吾和現在在夏威夷大學馬諾阿分校的加里·R·胡斯分析了兩顆原始隕石，這兩顆隕石被認為是太陽系形成過程中幾乎原始的殘餘物。他們在化學化合物中檢測到鎳 60，即鐵 60 放射性衰變的產物，而按理說，應該在這些化合物中發現鐵。隕石中似乎發生了一場化學誘餌和轉換的遊戲：化合物最初由鐵形成，鐵變質成鎳，鎳被鎖定在原位，永遠是一個闖入者。
鐵 60 必須在它的放射性半衰期內合成並注入太陽系的隕石中，最近的估計將其定為大約 260 萬年。這在宇宙中只是眨眼一瞬間。因此，鐵必須來自非常近的地方——最有可能的來源是超新星爆發。根據各種同位素測量，伊利諾伊大學的萊斯利·盧尼及其同事在 2006 年提出，當太陽只有 180 萬年曆史時，超新星一定在五光年的距離內爆炸。超新星可能近至 0.07 光年。
如果太陽像今天這樣孤立，那麼超新星的位置和時間將是一個巧合。難道是一顆大質量恆星只是路過，然後決定爆炸了嗎？此前從未發生過如此近距離的超新星爆發；如果發生過，很可能已經摧毀了地球上的生命。一個更合理的解釋是，新生的太陽和爆炸的恆星是星團的同伴。由於恆星密集地聚集在一起，近距離超新星爆發就不會那麼不可能了。
明亮的星團
太陽起源於星團的觀點與教科書中仍然常見的星團經典觀點相悖。天文學家傳統上將星團分為兩種型別：所謂的銀河星團或疏散星團和球狀星團。前者年輕、稀疏，主要位於我們銀河系的平面內或附近。典型的例子是鬼星團，也稱為蜂巢星團或 M44。它是伽利略在 400 年前的 1609 年首次用望遠鏡指向觀測的天體之一。看起來像一團光斑的東西顯露出自己是由一系列恆星組成的——多達 350 顆，全部誕生於大約 7 億年前。
相比之下，球狀星團非常古老、密集，並且分佈在銀河系周圍，而不僅僅是在一個平面內。第一個球狀星團於 1746 年由義大利天文學家喬瓦尼·馬拉爾迪發現，現在被稱為 M15。它包含約 100 萬顆恆星，年齡約為 120 億年。
問題在於，這兩個類別都不適合太陽。太陽 46 億年的高齡表明它應該誕生於球狀星團中，但它的位置卻指向銀河星團。然而，最近我們意識到，並非所有星團都完全屬於這兩種經典型別之一[參見 斯蒂芬·E·澤普夫和基思·M·阿什曼撰寫的《球狀星團出乎意料的年輕》；《大眾科學》，2003 年 10 月]。
改變我們想法的是星團 R136，它位於銀河系的小衛星星系之一，大麥哲倫星雲中。R136 最初於 1960 年被發現，最初被認為是一顆單一的巨型恆星，質量是太陽的 2000 倍，亮度是太陽的 1 億倍。但在 1985 年，當時都在德國埃爾朗根-紐倫堡大學的格爾德·魏格爾特和格哈德·拜爾使用新的高解析度成像技術表明，R136 實際上是一個由大約 10,000 顆恆星組成的星團，年齡只有幾百萬年。它像球狀星團一樣密集，但像銀河星團一樣年輕。R136 兼具兩種型別的特徵，是它們之間缺失的環節。從那時起，觀測者在我們的星系中發現了幾個像 R136 這樣的星團。像觸鬚星系這樣的其他星系包含數百甚至數千個這樣的星團。
恆星繼續在如此密集的星團中形成，以至於它們可能被誤認為是一顆單一的恆星，這一發現令人震驚。這引起了理論家們相當大的震驚。一方面，我們感到欣慰，因為我們一直無法將 R136 解釋為一顆單一的超級巨星。另一方面，我們不得不重新考慮我們過去認為我們對星團所瞭解的一切。我們現在認為，包括太陽在內的大多數恆星都誕生於像 R136 這樣的緊密星團中。星團由單一的氣體雲形成，隨著時間的推移，根據其質量和環境演變成銀河星團或球狀星團。
來自我們恆星父親的夢想
星團的成員質量範圍很廣，其中有少數大質量恆星和大量輕質量恆星。質量最小的恆星，質量只有太陽的十分之一，是最常見的，並且質量每增加 10 倍，恆星的丰度就會下降約 20 倍。
因此，對於每一顆質量為太陽 15 到 25 倍的恆星——與新生太陽附近發生超新星爆發的那顆恆星的大小相當——一個星團包含約 1500 顆較小的恆星。這個數字設定了太陽誕生星團的最小質量。最大質量的設定因素是，星團越大，大質量恆星就越需要更長的時間才能向中心聚集，在那裡它們最有可能影響到它們較小的同類。根據我的模擬，該星團可能包含少於約 3500 顆恆星。
一顆質量為太陽 15 到 25 倍的恆星在爆炸前可以存活 600 萬到 1200 萬年，因此它一定是在太陽誕生前大約這麼長時間形成的。在其他星團中，例如獵戶座星雲中著名的梯形星團，天文學家發現大質量恆星通常是最先形成的，而類太陽恆星則在數百萬年後才出現。
推斷出的質量的星團過於脆弱，無法演變成球狀星團。相反，它在 1 億到 2 億年後就消散了。位於中心的 массивные 恆星在恆星風中釋放氣體（類似於但比太陽風強得多），並最終爆炸，降低了星團中物質的密度，從而削弱了其引力場。因此，星團膨脹並可能解體。即使它在早期的氣體釋放中倖存下來，恆星之間的相互作用和星系其餘部分施加的潮汐力也推動了它的緩慢解體。
在星團解體之前，恆星的密度非常高，以至於一顆恆星很容易穿過太陽系。一次恆星近距離遭遇可能會將行星、彗星和小行星從它們最初的圓形、平面軌道拉入高度橢圓和傾斜的軌道。海王星軌道之外 50 個天文單位 (AU) 以外的許多彗星都具有高度傾斜的軌道。太陽系內部的動力學似乎無法解釋這些奇特的軌道；這些天體甚至超出了木星的引力影響範圍。最可能的解釋是，它們是被一顆從 1000 天文單位遠處經過的恆星攪亂的。然而，行星的軌道非常規則，這表明沒有恆星入侵者靠近過太陽 100 天文單位以內。
根據這些事實，我估計了星團的尺寸。為了使星團中的另一顆恆星在星團的生命週期內以合理的機率經過 1000 天文單位遠處，星團的直徑必須小於 10 光年。相反，為了使一顆恆星不靠近 100 天文單位以內，星團的直徑必須大於 3 光年。簡而言之，太陽的誕生星團看起來像 R136，但密度要小得多，這樣恆星之間的距離就足夠遠，不會干擾行星的形成。
太陽系譜系
理論家可以進一步詢問誕生星團在星系中的確切位置。太陽系以幾乎圓形的軌道繞銀河系中心旋轉，或多或少在圓盤中。目前，我們位於距中心約 30,000 光年，距圓盤平面約 15 光年處，以每秒 234 公里的速度執行。以這個速度，自太陽形成以來，它已經繞行了 27 圈。它的軌道不是一個閉環，而是一個稍微複雜的形狀，由星系的引力場決定，天文學家從恆星和星際氣體雲的運動中推斷出這一點。
假設引力場在過去 46 億年中沒有發生變化，我臨時性地將軌道向後推算，並推斷出太陽誕生於距中心 33,000 光年，距銀河平面 200 光年處。這個位置令人困惑的原因是，星系的外圍區域比內部區域的重元素貧乏。最遙遠的區域可能缺乏製造行星的足夠物質，更不用說生命了[參見 吉列爾莫·岡薩雷斯、唐納德·布朗利和彼得·D·沃德撰寫的《惡劣宇宙中生命的避難所》；《大眾科學》，2001 年 10 月]。儘管太陽假定的誕生地並沒有那麼貧瘠，但它的重元素仍然比太陽貧乏。僅根據太陽的重元素組成，天文學家預計它會在距中心 9,000 光年處形成。
也許將鐵 60 播撒到隕石中的超新星也用重元素豐富了太陽。或者，也許我的軌道計算出了問題，因為星系的引力場發生了變化，或者因為太陽的軌道路徑被附近恆星或氣體雲的引力稍微改變了方向。如果是這樣，太陽的誕生地比我估計的更靠近中心，而它的成分也沒有那麼異常。
太陽的前家庭成員也應該以每秒超過 200 公里的速度繞銀河系中心執行。然而，它們的相對速度僅為每秒幾公里，這是由它們在原始星團中的相互引力決定的。就像高速公路上的汽車群一樣，即使它們不再相互引力束縛，它們仍然聚集在一起。最初的星群只是非常緩慢地擴散成弧形。經過 27 個軌道週期後，它應該延伸到銀河系大約一半的範圍。
我的計算表明，太陽的大約 50 個兄弟姐妹應該仍然在我們當前位置 300 光年以內，大約 400 顆恆星在 3000 光年以內。根據恆星最初的相對速度以及它們離開星團的時間，太陽要麼沿著它們的軌道足跡前進，要麼它們沿著我們的軌道足跡前進。
尋找它們最佳地點是銀河系的平面，方向是太陽系運動的方向或完全相反的方向。我們一直在歐洲航天局的依巴谷衛星組裝的恆星目錄中尋找它們[參見菲利普·莫里森撰寫的《恆星繪圖儀》；《大眾科學》，1998 年 2 月]。但是依巴谷衛星的資料不夠精確，無法識別出任何兄弟姐妹。2014 年早些時候取得了一項突破，當時德克薩斯大學奧斯汀分校的伊萬·拉米雷斯及其同事測量了黃矮星 HD162826 的化學成分。他們發現它與我們的太陽非常相似，就好像它也暴露在豐富我們太陽系的同一顆超新星下一樣。HD162826 可能是我們失散的兄弟姐妹之一，儘管更詳細的資訊將提供更多證據。此類證據可能來自歐空局的 GAIA 衛星，該衛星擁有兩架望遠鏡，在五年多的時間裡測量約 10 億顆恆星的位置和速度，從而對距太陽約 30,000 光年內的亮度高於 22 等的恆星進行基本完整的普查。太陽的兄弟姐妹將在這些資料中脫穎而出，因為它們幾乎位於太陽過去和未來的路徑上。即使識別出一個太陽的兄弟姐妹，或確認 HD162826 的譜系，也將提供關於太陽系早期階段的關鍵資訊。理論家將能夠更確定地計算出太陽的誕生地，並確定例如星系的引力場是否發生了顯著變化。太陽的兄弟姐妹也將是尋找宜居行星的絕佳場所。儘管我們似乎在銀河系中非常孤獨，但情況並非總是如此。太陽的許多看似特有的特徵——尤其是它對生命的孕育——在其家族的背景下可能更有意義。