太陽を考えてみましょう。熱く、巨大で、そしてこれらすべて（大きく身振りで示す）を可能にするのは、太陽のおかげです。私たちの近くの恒星は、私たちが知る限りすべての生命の糧となり、光合成を行う最小の微生物から陸上や海中の最大の動物まで、あらゆる生命を支えるエネルギーを供給しています。
しかしいつか――はるか遠い未来――太陽は死にます。ただ暗くなるだけではありません。むしろ、非常に明るくなります。しかも、耐えられないほど熱くなります。もしまだ太陽を見る人がいるなら、太陽は認識できなくなるでしょう。
「意識のある人間なら誰もが抱く最も基本的な疑問の一つは、私たちはどのようにしてここに来たのか、その目的は何なのか、そしてそれは一体何を意味するのか、ということです。私たちの起源と未来に関わる疑問です」と、アメリカ自然史博物館の天体物理学者、ジャッキー・ファハティ氏は電話インタビューで述べた。「太陽のハビタブルゾーンを理解したいなら、それがどれくらいの期間そこに存在するのか、どのように進化し、どのように変化していくのかを知る必要があります。すべてはこの基本的なストーリーに集約されるのです。」
さて、今日のパズルはこうです。私たちの生命の源である太陽には、あとどれくらいの時間が残されているのでしょうか。そして、私たちはどのようにしてそれを知るのでしょうか。
「それがガスの塊だと分かれば、無限の機械ではないことが分かります」とファハティ氏は言う。「いつそれが尽きるのかを計算するだけです。」そのタイムラインを計算するのは、複雑な数学と小さな気づきに基づいた、比較的単純な方程式だ。
太陽に残された時間（ネタバレになりますが、約50億年です）を知るには、太陽の年齢を知る必要があります。星は突然死ぬことはありません。そのため、星の年齢を知ることは、星がどれだけ速く成長しているかを示す重要な指標となります。19世紀、地球の年齢をめぐる論争の中で、チャールズ・ダーウィンと天体物理学者のケルビン卿は太陽の年齢について議論しました。最終的にダーウィンの推定値の方が近い値になりました。当時、原子力はまだ発見されておらず、ケルビンは太陽が石炭を燃やしているという仮定に基づいて計算していたためです。そのため、彼の計算には多少の誤差が生じました。
太陽の年齢の基準は、現在も太陽系を巡っている最古の岩石に基づいています。これらは基本的に、太陽系が合体する過程で惑星や衛星にならずに残った残骸です。これらの岩石は一貫して46億年という年齢を示しており、科学者たちは様々な手法を用いてそれらの正確な年代測定に成功しています。
太陽の明るさを知ることも重要です。太陽のエネルギーの強さがわかるからです。太陽からの距離がわかって以来、私たちは太陽の明るさを知っています。この距離は天文単位（AU）と呼ばれる単位です（「すべては距離を中心に回っている」とファハティ氏は説明しました）。この距離は、視差効果と1769年の金星の太陽面通過に基づいて丹念に計算されました。かの有名なキャプテン・クックもタヒチで観測記録を残しています。
1天文単位は現在92,955,807.3マイル（約14,500,000キロメートル）に固定されており、太陽系内および太陽系外の距離を議論する上で重要な単位です。この単位を用いることで、天文学者は太陽の光度、つまり明るさを決定できるようになりました。それ以前は、太陽が非常に近くて非常に暗いのか、それとも非常に遠くて非常に明るいのか、はっきりと分かりませんでした。
結局のところ、太陽は星に関して言えば、ごく平均的な存在です。これは天文学史上最も重要な図の一つ、星の明るさと色を図示したヘルツシュプルング・ラッセル図に明確に示されています。この図の名称の由来となった二人の天文学者は、星が何らかの形で水素を燃焼しているという考えを示唆しており、その燃焼は星の温度と内部物理に関連しています。
事態が真に明確になったのは、当時ハーバード大学で天体物理学の博士課程に在籍していたセシリア・ペインが、恒星は主に水素とヘリウムで構成されているという説を論文にまとめた時でした。当時、図で有名なラッセルとペインの指導教官の一人は、その数字を「あり得ない」と断じ、ペインは最終的に論文の中でその説を否定しました。しかし、彼女の考えは正しかったことが証明され、彼女の研究によって初めて、ヘルツシュプルング・ラッセル図は天体物理学において、恒星のクラス、つまりその物理的性質と運命を理解するためのツールとして真に活用されるようになりました。太陽をこの恒星の並びの中に位置づけることで初めて、私たちは太陽がどのような星で、他の恒星の中でどれほど明るく輝いているのかを知ることができるのです。
「他の恒星の観測によって、恒星進化の包括的な理論が構築されました。特に、恒星団（同じ距離、同じ構成で、質量のみが異なる恒星）が重要な役割を果たしました。これにより、恒星進化は恒星質量に厳密に依存していることを理解することができました」と、国際天文学連合の天文学者ジャンルカ・ピッツォーネ氏はメールで述べています。
太陽の核融合反応の速度が分かっているので、核燃料が燃え尽きる速度も分かっています。マンチェスター大学の天体物理学者、アルバート・ジルストラ氏は、その速度は極めて遅いと説明しました。「太陽は爆弾ではなく、非常に貧弱な核融合炉です」と彼はビデオ通話で語りました。「1キログラムあたりのエネルギー生産量は、人間よりも少ないのです。時間をかけているのです」。太陽よ、ゆっくりやれ。急ぐ必要はない。
しかし、これらの考えは今や一つにまとまります。太陽の年齢と核融合の進行速度が分かれば、天体物理学者は太陽がすでにどれだけ燃えているかを知ることができます。太陽は約50億年燃え続けており、今後約50億年燃え続けるでしょう。ここからが面白くなります。「水素が減るので、核融合は（時間の経過とともに）減速すると予想されます。しかし、それはあり得ません。太陽を安定させているのは熱なのです。水素が少しずつなくなり、太陽全体が少し対流して温度が上昇します」とジルストラ氏は言います。（これは既に起こっていますが、水素はまだたくさん残っています。）しかし、最終的には水素がなくなり、太陽は内側に収縮していきます。重力が常に勝つのです。
私たちの太陽は、超新星爆発、つまり巨大な恒星爆発を起こすほどの大きさではありません。より大きな恒星は中性子星やブラックホールを残します。太陽の終焉は、別の意味で劇的なものになるでしょう。水素を燃やし尽くすにつれて、太陽は小さくなり、恒星の中心核の外側の層はより高温になります。中心核の外側の空間で核融合が始まります。太陽は赤色巨星、つまり以前よりも少ないエネルギーで燃える、はるかに広がった恒星になります。赤色巨星になるまでには時間がかかりますが、一度赤色巨星になると、その終焉は急速に訪れます。
「現時点では、水星に移動するのは非常に悪い時期です」とジルストラ氏は言った。「最終的には太陽の中に入ってしまうでしょう」。新しく肥大化した太陽が、最初の犠牲者を出したのだ。
太陽は膨張を続け、不安定化していく。金星も飲み込まれるだろう。（完全に膨張した赤色巨星の太陽が地球に到達するかどうかについては議論があるが、地球では物事がカリカリになるだろうとだけ言っておこう。少なくとも、海は蒸発し、地球は今の金星のような姿になるだろう。）最終的に、太陽はあまりにも拡散しすぎて蒸発し始める。
赤色巨星になってからわずか10万年後、太陽は質量の半分を失います。この時点で、太陽は終末期を迎えます。白色矮星、つまり地球ほどの大きさの高密度の恒星残骸となります。この時点で核エネルギーは枯渇し、ゆっくりと冷えて炭素の固体球、つまり宇宙に浮かぶダイヤモンドへと変化します。
そして、そのコンパクト矮星の周囲では、太陽から放出された物質の雲が蛍光を発し、まばゆいばかりの惑星状星雲を形成する可能性がある。しかし、これは確実ではないと、2019年にNature Astronomy誌に太陽が星雲を照らす可能性に関する論文を共同執筆したジルストラ氏は述べている。このような星雲が形成されるには、雲が太陽の近くにある間に太陽が十分に高温になる必要があるが、それでも宇宙の光のショーは恒星の時間で言えば瞬きほどの時間、つまり約1万年しかない。ピッツォーネ氏によると、この星雲はリング星雲であるメシエ57のハローに似たものになる可能性があるという。
これらすべてを客観的に捉える価値はある。私たちの恒星の端にある、瞬きするほどの小さな星雲は、人類の歴史の約2倍の期間存在しただろう。地球に生命が誕生するはるか以前、この原始惑星は今のように生命が住めない環境だった。言い換えれば、私たちは単に適切な場所にいるだけでなく、適切な時期に生きているのだ。
「太陽のエネルギー出力（そして月の軌道安定化）と非常に繊細なバランスが保たれている今、私たちが生きていることは本当に幸運だと認識することが本当に重要です」と、国立太陽観測衛星の恒星天体物理学者アダム・コワルスキー氏はギズモードへのメールで述べています。「このバランスを崩したくありません。なぜなら、これまで、この繊細なバランスを保っていることが分かっている別の恒星の周りを回る惑星は見つかっていないからです。」
言うまでもなく、私たちは物事を台無しにする方法を見つけてきました。この10年は、来世紀、そしてそれ以降の世紀の気候変動パターンの軌跡を決定づけるでしょう。進化論的に言えば、「太陽系の誕生以来、私たちはほんの一瞬しか生きていません」とファハティ氏は言います。「地球が太陽に飲み込まれ、私たちもそうなると考えるべきではありません。私は、その段階に達する前に、私たち自身の影響によって物事が変化してしまうことの方が心配です。」
つまり、太陽がいつ、どのように死に、地球の居住可能性も失われるかは分かっています。しかし、50億年後も太陽と共に沈んでいく知的生命体がまだ存在しているかどうかは、知る由もありません。
