談?wù)撘活w恒星的生命聽起來可能有點(diǎn)奇怪,但是恒星確實(shí)要經(jīng)歷類似于出生、成熟甚至死亡的過程。
恒星的生命是一種持續(xù)的斗爭,斗爭雙方是試圖毀壞恒星的引力以及核聚變所釋放的、給氣體加熱并使其膨脹的能量。不管恒星消耗氫有多快,都是由這兩個(gè)力的簡單平衡決定的。恒星越是巨大,將其聚集在一起的引力就越大,它就必須“燃燒”更多的氫來對抗毀滅。就一顆恒星而言,無疑是一場“自然對營養(yǎng)”的較量。它的命運(yùn)在其出生那天就已經(jīng)決定了。
所有恒星都以相同的方式開始,通過將氫轉(zhuǎn)換為氦來產(chǎn)生能量。在這個(gè)階段,一個(gè)恒星的能量輸出是相當(dāng)穩(wěn)定的,附近的一個(gè)行星上就可能有發(fā)展出生命的機(jī)會。最終,核心的氫含量降到足夠低,核聚變速度跟著降低。當(dāng)這種情況出現(xiàn)時(shí),引力就占上風(fēng),并導(dǎo)致恒星內(nèi)核開始收縮。當(dāng)核心收縮時(shí),它就會變得更熱,更密集。接下來會變成什么就取決于恒星的質(zhì)量了。
對于像太陽的恒星來說,核心達(dá)到的熱度和密度足以形成一種新的核聚變反應(yīng):氦形成碳。這種新的能源使趨勢又不利于引力,因而恒星將會膨脹100倍或更大。膨脹后的恒星亮度要比原來高出1000倍,但是其表面溫度變得更低,使其呈現(xiàn)出一種微紅的顏色。這種恒星是一個(gè)“紅色巨星”,正在接近其生命的終結(jié)。這同樣也是圍繞該恒星的任何行星上生命的終結(jié)。
比太陽要大得多的恒星具有閃亮但更短暫的生命。因?yàn)榫扌秃阈堑囊Ω訌?qiáng)大,它們消耗氫的速度就更快,其穩(wěn)定階段僅持續(xù)數(shù)百萬年,而不是數(shù)十億年。在其死亡的掙扎中,一個(gè)巨型恒星將短暫閃耀在整個(gè)銀河系,并烤焦圍繞在它周圍的任何行星。
但是,哪些恒星具有充足的生命時(shí)間?顯而易見,首先是類似太陽的恒星。我們的太陽系大約在45億年之前形成。地球外殼冷卻到足以形成液態(tài)水之后不久,這個(gè)年輕的行星上就開始萌發(fā)了生命??茖W(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)3s億年之前的微生物化石,更簡單的生命形式一定更早就出現(xiàn)了。這個(gè)階段中除了早期以外的大部分時(shí)間,太陽為地球上的生命提供了相當(dāng)穩(wěn)定的能源。因此,生命需要時(shí)間。就我們?nèi)祟惖男纬汕闆r而言,需要數(shù)十億年的時(shí)間。
顯而易見,巨型恒星不可能容納承載生命的行星。由于只有數(shù)百萬年的穩(wěn)定壽命,生命完全不可能有機(jī)會進(jìn)化。
當(dāng)今太空生物學(xué)家思考的一個(gè)有趣的問題是:比太陽要小得多的恒星是否能支持有生命的行星?許多年以來,傳統(tǒng)的理論都是否定回答。推理是這樣來的:此類恒星很小,相對比較涼。一個(gè)行星為了支持如我們所知生命必需的液態(tài)水,可能必須靠近恒星繞行。距離這么近,行星可能被“潮汐鎖定”到恒星上,就像月亮被鎖定到地球上一樣。正如月亮只能將一側(cè)朝向地球,潮汐鎖定的行星也總是只有一側(cè)面向它的恒星,行星的另一側(cè)就永遠(yuǎn)是黑夜。此類行星將具有兩個(gè)氣候區(qū):一面是光亮、荒蕪的沙漠區(qū),一面是黑暗、寒冷的冰凍區(qū)。
為了給這幅凄涼的圖景增加一點(diǎn)元素,有些小恒星也會呈現(xiàn)出巨大的閃光。這些閃光的輻射將會落在行星白晝側(cè)的沙漠帶上。
所有的傳統(tǒng)理論均認(rèn)為,我們的太陽系是典型的:一個(gè)質(zhì)量較小的恒星附近會有較小的巖石型行星。但一些行星系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)改變了這種圖景:我們現(xiàn)在知道恒星附近可以形成比木星還要大的巨型氣體行星;一個(gè)擁有很厚大氣層的大行星,即使被潮汐鎖定,也可以將熱量分配到黑夜側(cè),從而防止大氣層冰凍,厚厚的大氣層還能防止恒星耀斑的侵害;擁有巨型氣體行星的小型恒星可能是生命的極佳場所,因?yàn)檫@些恒星擁有充足的生命時(shí)間,達(dá)到數(shù)百億年。
作為NASA太空生物研究所的一部分,SETI研究所的一群科學(xué)家正在重新考慮圍繞小恒星的行星上存在生命的可能性。這類恒星是最常見的,而且都很小,3/4以上的都比太陽質(zhì)量的一半還小。如果此類恒星是可居住行星的適當(dāng)寄主,那么生命的分布可能比我們原來想象的要廣闊多了。