天文學家發現了一顆類地行星，它環繞著4000光年外的一顆白矮星運行，讓人們得以一窺我們地球遙遠的未來。這項發現表明，當太陽膨脹為紅巨星時，地球可能會逃脫被太陽吞噬的命運，轉移到一個更大的軌道上，並有可能最終在白矮星周圍運行。

天文學家發現了一顆遙遠的白矮星，在它的軌道上有一顆類似地球的行星，其位置剛好超過火星在太陽系中的位置。 如果地球能像這顆系外行星一樣，在成為白矮星的過程中度過太陽的紅巨星階段，那麼地球可能會在大約80 億年後進入這樣一個環繞白矮星的軌道。 圖片來源：亞當-馬卡連柯

在4000光年之外的銀河系中發現了一顆類地行星，讓我們得以一窺數十億年後我們地球的命運。 到那時，太陽將變成一顆白矮星，而地球可能是一個冰凍的、貧瘠的世界，其軌道遠遠超出了目前的軌道。

這個遙遠的行星系統是加州大學柏克萊分校的天文學家利用夏威夷的凱克10 公尺望遠鏡發現的，它與科學家預測的未來太陽-地球系統有著驚人的相似之處。 它由一顆白矮星和一顆地球大小的行星組成，白矮星的質量大約是太陽的一半，而行星的軌道距離是地球-太陽距離的兩倍。

這種情況可能確實是地球的命運。 隨著太陽的老化，它將膨脹為紅巨星，超越地球目前的軌道，吞噬水星和金星。 隨著質量的減少，它的引力會減弱，導致包括地球在內的其餘行星漂移到更遙遠的軌道上。 最終，這顆紅巨星將脫落其外層，只留下一個緻密的白矮星內核，其大小與一顆恆星質量的行星相當。 如果地球在這過程中倖存下來，它可能會發現自己正繞著這顆恆星殘骸運行，距離太陽大約是它目前的兩倍。

這項發現將於本週發表在《自然-天文學》（Nature Astronomy）雜誌上，它向科學家們講述了像太陽這樣的主序星從紅巨星階段向白矮星階段的演化過程，以及這一過程對其周圍行星的影響。 一些研究表明，對於太陽來說，這個過程可能會在大約10 億年後開始，最終蒸發掉地球的海洋，並使地球的軌道半徑增加一倍–如果膨脹的恆星沒有首先吞噬我們的星球的話。

最終，大約80 億年後，太陽的外層將散去，留下一個緻密的發光球–白矮星，它的質量約為太陽的一半，但體積比地球小。

一段影片描述了當太陽膨脹成紅巨星時地球的一種可能命運。 如果紅巨星的質量減少得夠快，讓地球遷移到一個更寬的軌道上，地球就能逃脫被紅巨星不斷膨脹的表面吞噬的命運，最終進入一個大約是其當前大小兩倍的軌道。 然而，在這過程中，它將被加熱成一顆熔岩星球，早在紅巨星變成白矮星之前就變得不適合居住了。 科學家發現了一顆類地行星的例子，它躲過了毀滅，現在正圍繞著白矮星運行，這表明這是可能的。 圖片來源：WM 凱克天文台/Adam Makarenko

研究負責人張克明曾是加州大學柏克萊分校的博士生，現為加州大學聖地牙哥分校埃里克-施密特和溫蒂-施密特人工智慧科學博士後。 “無論如何，行星地球只能再生存大約10 億年，到那時地球的海洋將被失控的溫室效應蒸發掉–早於被紅巨星吞沒的風險”。

這個行星系統提供了一個確實存活下來的行星的例子，儘管它遠在昏暗的白矮星宜居帶之外，不太可能孕育生命。 當它的宿主還是一顆類似太陽的恆星時，它可能在某個時刻具備宜居條件。

“生命能否在地球上存活下來，度過那段（紅巨星）時期還不得而知。”加州大學柏克萊分校天文學副教授兼系主任傑西卡-盧（Jessica Lu）說：”凱明發現的這個系統是一顆行星–很可能是與地球軌道相似的類地行星–在宿主恆星的紅巨星階段倖存下來的例子。

微透鏡事件發生前幾年（a）、2020 年背景恆星放大到峰值後不久（b）和2023 年背景恆星消失後（c）的圖像，以垂直白線表示。 無法看到由一顆白矮星、一顆類地行星和一顆褐矮星組成的行星系統；（c）中的光點來自不再放大的背景源星。 資料來源：OGLE、CFHT、凱克天文台

這個遙遠的行星系統位於銀河系中心隆起帶附近，2020 年引起了天文學家的注意，當時它從一顆更遙遠的恆星前方穿過，將該恆星的光線放大了1000 倍。 這個系統的引力就像一個透鏡，聚焦並放大了來自背景恆星的光線。

發現這一”微透鏡事件”的小組將其命名為KMT-2020-BLG-0414，因為它是由位於南半球的韓國微透鏡望遠鏡網路探測到的。 這顆背景恆星也在銀河系中，但距離地球約25,000 光年，其放大倍率仍只有針尖大小。 儘管如此，在大約兩個月的時間裡，它的強度變化讓小組估計，該系統包括一顆質量約為太陽一半的恆星、一顆質量約為地球的行星和一顆質量約為木星17倍的超大行星–很可能是一顆褐矮星。 褐矮星是一種失敗的恆星，其質量剛好達到核心點燃核融合所需的質量。

分析也得出結論，這顆類地行星距離恆星在1到2個天文單位之間，也就是地球和太陽之間距離的兩倍左右。 目前還不清楚這顆恆星的主星是哪一種恆星，因為它的光線被放大的背景恆星和附近幾顆恆星的強光所掩蓋。

為了確定恆星的類型，張和他的同事們，包括加州大學柏克萊分校的天文學家傑西卡-盧（Jessica Lu）和約書亞-布魯姆（Joshua Bloom），在2023年利用夏威夷的凱克II 10米望遠鏡對透鏡系統進行了更仔細的觀察。 盧說，由於他們是在透鏡事件發生三年後才觀測到這個系統的，因此曾經被放大1000倍的背景恆星已經變得足夠暗淡，如果透鏡星是一顆像太陽一樣的典型主序星，那麼它應該是可見的。但是張在兩張不同的凱克影像中什麼都沒有偵測到。

張說：”我們的結論是基於排除其他可能性的基礎上得出的，因為一顆正常的恆星很容易被看到。由於透鏡既暗又低質量，我們得出結論，它只能是一顆白矮星。

盧說：”這是一個什麼也看不到比看到什麼更有趣的案例，他正在尋找由銀河系中自由漂浮的恆星質量黑洞引起的微透鏡事件。”

這項發現是研究計畫的一部分，該計畫旨在更仔細地研究顯示有行星存在的微透鏡事件，以了解系外行星生活在哪類恆星周圍。

張說：”這其中有一定的運氣成分，因為預計每10顆有行星的微透鏡恆星中只有不到一顆是白矮星。”

新的觀測結果也讓張和同事們解決了有關褐矮星位置的一個模糊問題。 ” 最初的分析表明，這顆褐矮星要么在一個非常寬的軌道上，就像海王星的軌道，要么就在水星的軌道內。軌道非常小的巨行星在太陽系外其實很常見，”張說，他指的是一類被稱為熱木星的行星。 “但既然我們現在知道它是圍繞恆星殘骸運行的，這就不太可能了，因為它會被吞噬掉。”

這種建模上的模糊性是由所謂的微透鏡退化引起的，即兩種不同的透鏡配置會產生相同的透鏡效應。 這種退化現象與張和布魯姆在2022年使用人工智慧方法分析微透鏡模擬時發現的退化現像有關。 張也利用同樣的人工智慧技術排除了可能被遺漏的KMT-2020-BLG-0414的替代模型。

布魯姆說：”微透鏡已成為研究其他恆星系統的一種非常有趣的方法，這些恆星系統無法透過傳統方法（即凌日法或徑向速度法）進行觀測和探測。現在有一整套世界正在透過微透鏡通道向我們敞開大門，令人興奮的是，我們正處在發現像這樣奇特構造的懸崖邊上。

美國國家航空暨太空總署（NASA）的南希-格蕾絲-羅曼望遠鏡（Nancy Grace Roman Telescope）計劃於2027年發射，其目的之一是測量微透鏡事件的光變曲線，以發現系外行星。

布魯姆說：”我們需要的是利用世界上最好的設備，即自適應光學設備和凱克天文台，進行仔細的跟踪，而不是一天或一個月之後，而是在未來的很多很多年之後，在透鏡遠離背景恆星之後，這樣你才能開始分辨所看到的東西。

即使地球在十億年左右的太陽紅巨星階段被吞噬，人類也可能在外太陽系中找到避難所。 木星的幾顆衛星，如木衛二、木衛四和木衛三，以及土星周圍的土衛二，似乎都有冰凍的水海洋，隨著紅巨星外層的膨脹，這些海洋很可能會解凍。

張說：”隨著太陽變成紅巨星，宜居帶將移動到木星和土星軌道周圍，其中許多衛星將變成海洋行星。我認為，在這種情況下，人類可以遷移到那裡。”

編譯自/ SciTechDaily