人們常常在星光璀璨的夜空中尋求孤獨，這裡確實是尋求孤獨的好地方。夜晚之所以黑暗，是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。鄰近的恆星非常遙遠，看起來就像微小的光點，而更遙遠的恆星則模糊地融合在一起，發出微弱的光芒。我們速度最快的太空探測器也需要數萬年的時間才能穿越到最近恆星的距離。太空像環繞一個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隱居。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，直徑只有幾光年。事實上，大多數恆星都是在這樣的星團中誕生的，這些星團通常會在數十億年的時間裡逐漸消散，它們的恆星融入銀河系的其他部分。我們的太陽呢？它也可能是在星團中誕生的嗎？如果是這樣，我們在銀河系中的位置並非總是如此荒涼。它只是隨著星團在適當的時候消散才變得如此荒涼。
越來越多的證據表明情況正是如此。雖然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 個兄弟姐妹之一，它們幾乎在同一時間誕生。如果我們在太陽系誕生之初就在這裡，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。抬頭看會刺痛我們的眼睛。
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太陽可能誕生的星團現在早已消失。我將現有資料拼湊在一起，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銀河系中可能的軌跡，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衛星（GAIA 衛星）識別出來，該衛星計劃於 2011 年發射。它們的軌道和類似太陽的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個無定形的 газовое 和塵埃雲產生我們太陽系的條件。
我們誕生的記憶
太陽有近親的最令人信服的證據出現在 2003 年，當時現任東京大學的立花翔吾和現任夏威夷大學馬諾阿分校的加里·R·胡斯分析了兩塊原始隕石，這兩塊隕石被認為是太陽系形成的幾乎原始的殘餘物。他們在化學化合物中檢測到了鎳 60，它是放射性鐵 60 衰變的產物，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掉包的遊戲：化合物最初由鐵形成，鐵變質成鎳，鎳被鎖定在原位，永遠是一個外來者。
鐵 60 必須在宇宙眨眼之間的時間內合成、注入太陽系並摻入隕石中，根據今年 8 月釋出的最新估計，宇宙眨眼之間的時間是 260 萬年。這是一個宇宙眨眼。因此，鐵必須來自非常近的地方——最可能的來源是超新星爆發。基於此和其他同位素測量，伊利諾伊大學的萊斯利·魯尼和他的同事在 2006 年提出，當太陽剛滿 180 萬年時，一顆超新星在五光年距離內爆發。超新星可能近至 0.07 光年。（新的半衰期估計會改變這些值，但不會有實質性改變。）
如果太陽像今天這樣隱居，那麼超新星的位置和時間將是一個相當巧合的事情。一顆巨大的恆星只是在經過時才決定爆炸嗎？從未有其他超新星在如此近的距離爆發；如果發生過，它可能會摧毀地球上的生命。一個更合理的解釋是，新生的太陽和爆炸的恆星是星團的成員。由於恆星如此緊密地聚集在一起，近距離超新星並非那麼不可能。
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，主要位於銀河系平面或附近。典型的例子是鬼星團，也稱為蜂巢星團或 M44。它是 400 年前，即 1609 年伽利略用望遠鏡指向的首批天體之一。看起來像一團光斑，但實際上揭示了自己是由一系列恆星組成的——多達 350 顆，所有這些恆星都誕生於大約 7 億年前。
相比之下，球狀星團非常古老、密集，並且遍佈銀河系周圍，而不僅僅是在一個平面上。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。它包含約一百萬顆恆星，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，但它在銀盤中的位置表明它誕生於銀河星團中。然而，在過去的二十年中，我們已經意識到並非所有星團都完全屬於這兩種經典型別中的一種 [參見斯蒂芬·E·澤普夫和基思·M·阿什曼的“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 於 1960 年首次被發現，最初被認為是一顆巨大的單星，質量是太陽的 2000 倍，亮度是太陽的 1 億倍。但在 1985 年，當時都在德國埃爾蘭根-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，觀測者已經在我們的銀河系中發現了幾個像 R136 這樣的星團。其他星系（如觸鬚星系）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星，這一發現令人震驚。這引起了理論家們的相當大的恐慌。一方面，我們感到欣慰，因為我們一直無法將 R136 解釋為一顆單星。另一方面，我們不得不重新考慮我們自認為了解的關於星團的一切。我們現在認為，包括太陽在內的所有恆星都誕生於像 R136 這樣的緊密星團中。星團由單一的星際 газовое 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，既有少數重恆星，也有大量輕恆星。質量最小的恆星（質量只有太陽的十分之一）最常見，質量每增加 10 倍，恆星的丰度就會下降大約 20 倍。
因此，對於每顆 15 到 25 個太陽質量的恆星（即新生太陽附近爆發的超新星的大小），星團都包含大約 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。最大質量受到以下事實的限制：星團越大，大質量恆星向中心沉降所需的時間就越長，在那裡它們最有可能影響其較小的同伴。根據我的模擬，該星團可能包含少於約 3500 顆恆星。
一顆 15 到 25 個太陽質量的恆星在爆炸前可以存活 600 萬到 1200 萬年，因此它必定比太陽早形成這麼長時間。在其他星團中，如著名的獵戶座星雲中的梯形星團，天文學家發現大質量恆星通常是最先形成的，而類似太陽的恆星則在數百萬年後出現。
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 億年後就解散了。位於其中心的大質量恆星在恆星風中釋放 газовое（類似於但比太陽風強得多），並最終爆炸，從而降低了星團中物質的密度，並削弱了其引力場。因此，星團膨脹並可能瓦解。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銀河系其餘部分施加的潮汐力也推動了它的緩慢解散。
在星團解體之前，恆星的密度非常大，以至於一顆恆星很容易穿過太陽系。恆星的近距離相遇會將行星、彗星和小行星從其原始的圓形、平面軌道拉入高度橢圓和傾斜的軌道。在距離 50 天文單位（AU）以外，即冥王星軌道之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，它們是被一顆經過 1000 天文單位遠處的恆星攪亂的。然而，行星具有非常規則的軌道，這表明沒有任何恆星入侵者曾進入距離太陽 100 天文單位的範圍內。
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 天文單位遠的地方，星團的直徑必須小於 10 光年。相反，為了使一顆恆星不進入 100 天文單位的範圍內，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，因此恆星之間的距離足夠遠，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銀河系中的確切位置。太陽系圍繞銀河系中心以幾乎圓形的軌道執行，或多或少在銀盤中。目前，我們位於距中心約 30,000 光年，距銀盤平面上方約 15 光年處，以每秒 234 公里的速度執行。以這個速度，太陽自形成以來已經完成了 27 個環繞。它的軌道不是一個閉環，而是一個稍微複雜的形狀，由銀河系的引力場決定，天文學家從恆星和星際 газовое 雲的運動中推斷出引力場。
暫且假設引力場在過去的 46 億年中沒有改變，我將軌道向後推算，並推斷出太陽誕生於距中心 33,000 光年，銀河系平面上方 200 光年的位置。這個位置令人困惑的是，銀河系的外圍區域比內部區域的重元素更貧乏。最遙遠的區域可能缺乏足夠的物質來製造行星，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·沃德的“惡劣宇宙中生命的避難所”；大眾科學，2001 年 10 月]。雖然太陽假定的誕生地並不完全如此貧瘠，但它的重元素含量仍然比太陽少。僅根據太陽的重元素成分，天文學家原本會預計它在更靠近中心 9,000 光年的地方形成。
也許用鐵 60 為隕石播種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差錯，因為銀河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 газовое 雲的引力稍微改變了方向。在那種情況下，太陽誕生於比我估計的更靠近中心的地方，並且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 公里的速度圍繞銀河系中心執行。然而，它們的相對速度（由它們在原始星團中的相互引力決定）僅為每秒幾公里。就像高速公路上的汽車群一樣，即使它們不再彼此引力束縛，它們仍然聚集在一起。原始星群只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周圍大約一半的距離。
我的計算表明，大約有 50 個太陽的兄弟姐妹仍然在我們當前位置 300 光年範圍內，大約有 400 顆恆星在 3000 光年範圍內。根據恆星最初的相對速度以及它們離開星團的時間，太陽要麼追隨它們的軌道，要麼它們追隨我們的軌道。
尋找它們的最佳地點是在銀河系平面上太陽系移動的方向或完全相反的方向。我的一位學生現在正在早期 1990 年代歐空局的喜帕爾科斯衛星組裝的恆星目錄中尋找它們 [參見菲利普·莫里森的“恆星繪圖儀”；大眾科學，1998 年 2 月]。但喜帕爾科斯可能不夠精確，無法做出積極的識別。為此，我們將需要 GAIA 航天器。它有一對望遠鏡，將在五年內測量約十億顆恆星的完整三維位置和速度，從而建立太陽數千光年範圍內的基本完整的恆星普查。在資料中，我們可以尋找幾乎沿著太陽過去和未來軌道路徑的恆星。它們的成分應該看起來像太陽的成分，因為汙染早期太陽系的同一顆超新星也會對星團中的其他恆星做同樣的事情。
即使識別出太陽的一個兄弟姐妹，也將提供一些關於太陽系早期急需的資訊，否則這段時期將消失在歷史中。理論家將能夠更確定地計算出太陽的誕生地，並確定例如銀河系的引力場是否發生了實質性變化。同樣重要的是，太陽的兄弟姐妹將是尋找宜居行星的絕佳地點。雖然我們似乎在銀河系中非常孤獨，但情況並非總是如此。太陽的許多看似特異的特性——尤其是它孕育生命——在其家族的背景下可能更有意義。