今天是小暑，虽然还没到一年中极热的时候，但太阳的“威力”已渐渐全面展现。炙热的太阳让我们不由得想到“后羿射日”这个神话。古时有十个太阳，都是天帝的儿子，当他们同时出现时，高温肆虐，禾苗草木皆被烤焦，民不聊生。尧派神射手后羿，射落九日拯救了万民。

虽然这只是个传说，但是，你有没有思考过一个问题，太阳真的有兄弟姐妹吗？答案是肯定的，而且数量众多，但是太阳在很久以前就和它的兄弟姐妹分开了，独自游荡在银河系中。

图 1. 太阳系的艺术图（图片来自ESA–Silicon Worlds）

01太阳诞生记

46 亿年前，太阳系诞生在一片绵延数光年的星云中，这里充满了气体和尘埃，组成我们的所有物质元素也都来自这里，包括我们体内的碳、我们呼吸的氧，就像美国天文学家卡尔•萨根所说：我们都是由星尘构成的。偶然的一个外力或者扰动，触发了这片星云的引力不稳定性，很多的团块开始塌缩，核心慢慢吸积周围的气体，逐渐长大，经过上千万年的时间，终于在核心区域发生了氢的聚变，一颗颗恒星诞生了。其中那颗普通而又不平凡的恒星就是我们的太阳。在这片星云中，可能诞生了上千颗恒星，它们都是太阳的兄弟姐妹。新诞生的大质量恒星，发出炽烈的光和星风，逐渐吹散了剩余的气体和尘埃，留下了一个星团。

太阳和它的兄弟姐妹诞生之后，由于受到其他恒星的引力作用，还有银河系的旋转作用，经过千百万年后，星团变成了一个松散的团体。又经过亿万年，它们各自奔向不同的方向，渐行渐远，散落在银河系各处，遥遥相望。因此，我们现在银河系所处的位置并不是太阳诞生的地方，我们周围最近的恒星也不是太阳的兄弟姐妹。那么太阳的老家在哪里？它的兄弟姐妹现在怎么样了？在漫长的几十亿年之后，我们能否在银河系千亿颗恒星中找到他们？

图2，詹姆斯.韦布望远镜韦布望远镜拍摄的蛇夫座星云的一角。星云中的亮点就是刚刚诞生的恒星。（图片来自NASA, ESA, CSA, STScI, Klaus Pontoppidan (STScI), Alyssa Pagan (STScI)，参看《去几百光年外的宇宙“看展”？这台天文望远镜，绘出恒星“摇篮”的画卷！》

02 恒星的“DNA”——元素比例

银河系中有上千颗恒星，我们怎么知道哪些是太阳的兄弟姐妹呢？对于我们人类而言，验证亲缘关系最可靠的方法是“DNA”检测。诞生于同一片星云的恒星，它们的年龄相仿，而且化学元素的比例是一致的。天文学家通过测定恒星的元素比例，为每一颗恒星贴上一个化学标签，这个标签就是恒星的“DNA”（同上），可以确定不同恒星之间的亲缘关系。

天文学家用这个方法，找到了很多和太阳的元素比例很接近的恒星。其中在星团M67中，大多数恒星都和太阳有类似的元素比例，而且这个星团的年龄在35~48亿年之间，和太阳的年龄接近。很多天文学家就推测，太阳是不是就是起源于M67星团？在早年的时候从这个星团脱离了。

仅仅依靠化学标签，还是存在很大的误判概率。因为对海量恒星的元素比例进行统一测量，精度还不够高。此外这个方法依赖两个假设，其一，星云中的元素分布是均匀的；其二，每一片星云的元素比例是独一无二的。然而，这两个假设并不是严格成立的。

图3，M67星团。（图片来自https://apod.nasa.gov/apod/ap070809.html，Credit & Copyright: Processing - Noel Carboni, Imaging - Greg Parker）

03 如何寻找太阳的兄弟姐妹？

那么我们还有没有别的方法帮助证认M67星团成员是不是太阳的兄弟姐妹呢？银河系中所有的恒星都在围绕银河系中心旋转，就像八大行星围绕太阳旋转。太阳现在以每秒大约230千米的速度绕银河系中心运动，估计需要2.3亿年绕一圈，自诞生之后已经绕了20多圈，这取决于太阳诞生的位置和迁移的路径。我们知道太阳相对于银河系中心的运动速度和方向，再考虑银河系的引力势，可以模拟太阳过去20多圈的运动轨迹。当然还要考虑其他天体对太阳运动轨迹的影响，这个模拟结果还有一些不确定性。

如果太阳是从M67星团“离家出走”的，那么它们的运动轨迹在过去几十亿年里，必然在某一时刻交汇在某一处，那就是太阳离开M67的时间和地点，在此之前，太阳和M67的运动轨迹应该一致。最新的模拟结果显示，在某些特定的条件下，比如M67和一个或者多个星云碰撞之后，太阳才能逃离星团，到达现在的轨道，但是这种碰撞事件很可能会导致M67星团的解体。那么M67到底是不是太阳的母星团，还需要天文学家更多的研究。

总之，判断一颗恒星是否是太阳的兄弟姐妹，需要同时满足下面三个条件，一是年龄和太阳相仿；二是化学元素比例和太阳一致；三是运动轨迹和太阳在过去几十亿年里交汇在某处。

04 已经找到的兄弟姐妹

结合恒星的年龄、化学标签和运动学特征，天文学家确实找到了一些孤立的恒星，很可能是太阳的兄弟姐妹。2014年发现了第一颗，编号为HD 162826的恒星，距离我们110光年，它比太阳稍微大一些，直径是太阳的1.3倍，这颗恒星同时满足上述三个条件。

2018年发现了第二颗，编号是HD 186302，距离我们185光年，但是后续更加细致的运动轨迹模拟发现，它并不满足第三个条件。2020年又发现一颗编号为2M19354742+4803549，距离我们大约1100光年，比太阳要小一些，直径是太阳的0.8倍。但是在2022年，通过更精细的光谱观测数据发现这颗恒星非常年轻，大约3600万年，所以它也不可能是太阳的兄弟姐妹。

其他还有几百颗候选体，也可能是太阳的兄弟姐妹，只是现在的结果不确定性还很大，既不能肯定，也不能完全排除。上述三颗恒星是从数十万颗恒星的观测数据中才挑选出来的，而且后续的研究还排除了两个，可见在银河系的上千亿颗恒星中，寻找太阳的兄弟姐妹，如同大海捞针，非常困难。

图4. HD 162826（红色圆圈标记）所处的位置。（图片来自：Tomruen/Creative Commons）

我们来自哪里？对于太阳来说，这个问题也还没有答案。虽然太阳是我们最熟悉的恒星，也是我们研究的最多的恒星，但是关于太阳和整个太阳系的起源，还有很多未解之谜。寻找太阳的兄弟姐妹，将有助于解开这些谜题，比如太阳从哪里来？如何到达现在的位置？太阳系早期的周围环境是什么样的？对太阳系中行星的形成有什么影响？对于生命产生所需的环境有什么影响？

太阳和它的兄弟姐妹是不可能再次团聚了，但是希望有朝一日，我们能够找到它们，给它们“拍”一张全家福。

参考资料：

1. Elemental Abundances of Solar Sibling Candidates - NASA/ADS (harvard.edu)

2. The AMBRE project: searching for the closest solar siblings - NASA/ADS (harvard.edu)

3. Searching for solar siblings in APOGEE and Gaia DR2 with N-body simulations - NASA/ADS (harvard.edu)

4. 2205.01112.pdf (arxiv.org)

作者：闫震 中国科学院上海天文台研究员

出品：科普中国

监制：中国科学技术出版社有限公司、中科数创（北京）数字传媒有限公司

来源: 科普中国

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