第十八章 超级烟花(1 / 1)

如果与我们相近的一些恒星发生超新星爆炸,那会如何?

我们抬头仰望夜空,沉浸在大自然中,这也许是一个温热的夏夜,周围只有蝉鸣声,一种宁静平和的感觉充盈全身。观察那片深邃浩瀚的夜空,上面挂满闪耀的天体,一切都是静止的,鸦雀无声,如此安定祥和,唤醒了我们每个人心底的积极情绪——因每日的匆忙和压力遗忘了的积极情绪。也许还会唤醒某些人心中些许的浪漫感——有多少人的爱情是在繁星下诞生的?

然而,宇宙一点儿也不安宁、平静、浪漫、静止:我们对宇宙有这些印象仅仅是因为它太过浩瀚,误导了我们对宇宙事件的认知。星系间的剧烈交锋、黑洞对天体的捕食吞噬、极具破坏性的恒星爆炸,以及放射出大量致命辐射流的天体……总之,我认为已经说清楚了:“那上面”波涛汹涌。

恒星爆炸是目前所有天体现象中最壮观、威力最大,也是我们人类有幸能观测到的少数天体现象之一。这些爆炸被天文学家称为“超新星爆炸”,按照距离远近选择合适的望远镜,每年能观测到数百次。

超新星爆炸是一些恒星生命的最后阶段,它们是真的“爆炸身亡”。不是所有恒星都以如此壮烈的方式死去,比如我们的太阳就不会变成超新星,它会慢慢变暗,大约50亿年后失去其大部分物质。决定一颗恒星生命预期最重要的参数是质量。正如前面所说,质量越大,恒星内核物质燃烧的速度就越快,而维持恒星生命的正是这些物质。如果恒星特别大,超过太阳质量的8倍,此时就难免会爆炸。恒星是由离子组成的球,核反应释放的能量与核内大量物质之间要达到一个微妙的平衡,恒星才能保持稳定。简而言之,由于引力作用,组成恒星的物质都集中在核心位置,而核心产生的热量又向外释放。正常情况下,这两股力量相互抗衡,使恒星保持稳定。一颗质量超过太阳8倍的恒星,若其核内能量形成的推力耗尽,便不再有任何力与恒星自身质量产生的巨大引力相抗衡。于是所有物质都朝着核心迅速塌陷:短短几秒内,大量物质被压缩,并被加热至最高1000亿摄氏度,在撞击核心时释放出极其强烈的冲击波。爆炸是不可避免的,这便是“核心坍缩超新星”(supernova a collasso nucleare)。但这只是超新星诞生的方式之一。白矮星距离其伴星很近时,会吸走其伴星的组成物质。这一过程与之前描述过的并无不同。吸收物质后的白矮星最终变得不稳定,从而发生毁灭性的大爆炸,这种白矮星便是“热核爆炸型超新星”(supernova termonucleare)。

超新星真的非常可怕,它们爆炸时能释放出太阳在100亿年中释放的能量,发出的光芒最多可达到太阳的50亿倍,相当于其所在整个星系的亮度。人类观测到威力最大的超新星是“ASASSN-15lh”(是的,天文学家真的很会找一些迷人的名字……),这颗巨星的亮度是普通超新星的200倍,释放的能量是太阳一生释放能量总和的10倍之余。

很容易想到,超新星附近的任何行星和生命形式都会被彻底清除,它们连反应的时间都没有。但我们说的“超新星附近”是指什么?如果距离地球不远处有一颗超新星爆炸了,那会怎样?距离多远?它将给我们带来哪些麻烦?

如果太阳变成一颗超新星,地球便会被它爆炸产生的冲击波震得剧烈摇晃,生物会灭绝,海洋与大气都不复存在,并且我们的地球很可能会被推出所在轨道。这情景太可怕了,但不必惊慌:虽然我们的太阳有2000亿亿亿吨重,但它是一颗相当小的恒星,不具备变成超新星的潜能。松一口气,危机解除。噢不,只是大概解除——就凭超新星的本事,距离再远它都能伤到我们。

拿与我们相距最近的恒星系统——半人马座α星系统来说,它距离我们只有4光年多一点。如果一颗超新星在这样的距离下爆炸,那我们可以握紧双手说声永别了,因为这种距离下生物同样会灭绝。但不必害怕,这种事情永远不会发生,因为半人马座α星并不具备“放烟花”的特质。

我们很难定义一个真正的安全距离。天文学家认为,大约80光年内的超新星爆炸可能造成生物大灭绝。这样一颗超新星释放出的X射线和γ射线辐射,会破坏保护我们免受太阳紫外线伤害的臭氧层。到达地面的紫外线哪怕仅增加10%,都会危及某些生物的性命,比如海面附近的浮游植物。又因为这种生物对地球产氧量至关重要,并且是海洋食物链的基础,所以它们的大幅减少将会对整个地球造成严重影响。此外,从大气层的角度来看,浮游植物的减少会导致臭氧和氧气电离,形成大量笑气,它像雾霾一样厚,但危害可比雾霾大得多。

那么,更远的超新星也会引起麻烦吗?为了解答此问题,一些科学家搜寻了远古超新星爆炸在地球上留下的痕迹,并且……他们真的找到了!他们在海底发现了铁的一种特殊同位素,其可能来源正是古时候的恒星爆炸:组成宇宙的大部分元素都源于那些爆炸。通过对找到的样本溯源,我们估算出了其中一颗超新星是250万~300万年前大约在距离地球150光年处爆炸的。可以排除该距离下超新星导致生物大灭绝的可能,况且也没有直接证据表明当时确实发生了超新星爆炸。尽管如此,这个距离并不能保证绝对的安全:超新星发出的宇宙射线很可能会穿透我们的大气层,对所有生态系统造成消极影响。天空会发出深蓝色的光芒,危害到许多动物,而这些带电粒子的大量增加会使大气层电离,产生远比平时多的闪电。闪电造成的明显后果就包括毁灭性的火灾。比如,通过分析非洲的一些化石——那片大陆完好地保存着250万年前超新星爆炸留下的地质遗迹,科学家找到了明显表明有大量树木死亡的痕迹,原因很可能是当时发生的重大火灾。

我们十分确信,在距离足够近的范围内,没有一颗恒星会在“很近”的未来发生超新星爆炸。根据估算的平均值,30光年内每2.4亿年左右有一颗超新星爆炸。这样就能安心睡大觉了吗?不一定。事实上,热核超新星十分“阴险”。不同于向核心塌陷的超新星源于一颗巨大恒星(离得近的话我们甚至能看见那颗恒星),热核超新星是很难发现的,它们通常属于非常暗淡的双星系统。离我们最近的热核超新星也许是飞马座IK B(IK Pegasi B),这是一颗比较大的白矮星,与之相伴的飞马座IK A(IK Pegasi A)是一颗比太阳略大的恒星。某一天飞马座IK B可能会从它的伴星那里吸走足够物质,然后爆炸。幸运的是,它距离我们有150光年,应该不会造成太多问题。

每年观测到的数百个超新星都处于安全距离,它们位于与我们相距数百万甚至数十亿光年的其他星系中。有潜在危险的显然是银河系中与我们相距30~100光年的那些超新星。但同超过100 000光年的整个银河系的直径相比,这点距离什么也不算!所以,即使银河系里有一颗超新星爆炸了,除非距离足够近,否则它是不会造成任何伤害的,而且我们还能平静地欣赏天空中出现的美景。其他星系的超新星(几乎)全都太远了,肉眼看不见,但银河系的肯定能看见:烟花倒是看不见,但我们可以看见一颗非常明亮的新星在夜空里闪耀好几个月。望远镜发明之前人类观测到的最后几颗超新星发生在几个世纪以前:1572年发现的第谷超新星,这次爆炸位于距地球8000光年左右的位置。还有1604年的开普勒超新星,它在20 000光年处爆炸。据估算,银河系中每世纪会出现2~3颗超新星,如果最新一次发生在1604年,那么其他本应该出现的去哪儿了呢?很可能是被银河系中心厚厚的尘埃遮住了。

不管怎么说,在某个壮观的冬季星座中有一颗传奇的恒星,它燃起了全世界天文学家的希望:参宿四(Betelgeuse),猎户座(costellazione di Orione)的一颗红超巨星,它是冬夜中的女王,也是接下来可能发生超新星爆炸的恒星之一。

参宿四与我们相距约600光年,它若发生超新星爆炸,或将成为人类历史上距离我们最近的一颗。它在现处位置下不会对地球造成伤害,反倒会呈现一出令人难忘的景观。地球磁场能轻松调转来自参宿四的任何带电粒子,而由于参宿四距离太远,我们只会受到非常微弱的高能辐射,其影响微不足道。在高能辐射几千年后,由参宿四直接排出的物质到达地面,但在这之前它们早已扩散、冷却,因而不会造成伤害。不过它们很亮,非常亮:参宿四爆炸的亮度使人们在大白天都能看见它,其亮度超过金星,和月亮差不多,很可能会使夜空在接下来的数月甚至一年多里变得更亮。另外,参宿四可谓真正的“魔鬼”:其质量是太阳的10倍以上,体积特别大,如果放在太阳的位置,它几乎可以吞噬木星以内的所有天体,其亮度相当于120 000个太阳……总之,某一天它爆炸时(接下来100 000年内),最好与它保持适当距离。

恒星与超新星可能非常危险,但同时它们也是制造生命需要的大部分元素的“火炉”,没有它们,宇宙中就只有一些基本元素,如氢、氦,而其他的什么也没有。不会有行星,也不会有我们。所有更重的元素,比如碳、氧、硅等,都诞生于恒星的核聚变过程。随着时间流逝,出现了越来越复杂的元素,直至铁元素。要形成更重或更复杂的元素,还需要更多能量,这就要由超新星爆炸提供。归根结底,我们每个人都是星空中的尘埃。