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超新星爆發會影響地球嗎?

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今年初,天文學家發現一顆距離地球三千多光年的白矮星(一種老年恆星)很可能走向超新星爆發的結局。由於距離相對近,屆時爆發可能摧毀地球臭氧層,以及地球上的所有生物。不過科學家表示不用擔心,這樣的爆發至少要一百萬年後才會發生。究竟超新星爆發是怎麼回事呢?

超新星 恆星最後的輝煌

如果只看名字,你可能覺得超新星是新產生的星體。這樣理解嚴格講並不對。超新星是某些恆星在演化接近末期時經歷的一種劇烈爆炸。這種爆炸都極其明亮,過程中所突發的電磁輻射經常能夠照亮其所在的整個星系,並可持續幾周至幾個月才會逐漸衰減變為不可見。在這段期間內一顆超新星所輻射的能量可以與太陽在其一生中輻射能量的總和相媲美。

由於爆發釋放的能量太大,在地球上看就好像突然在天空出現了一顆明亮的星一樣。

恆星通過爆炸會將其大部分甚至幾乎所有物質以可高至十分之一光速的速度向外拋散,並向周圍的星際物質輻射激波。這種激波會導致形成一個膨脹的氣體和塵埃構成的殼狀結構,這被稱作超新星遺蹟。
 
超新星的英文名稱為supernova,nova在拉丁語中是「新」的意思,這表示它在天球上看上去是一顆新出現的亮星(其實原本即已存在,因亮度增加而被認為是新出現的);前綴super-是為了將超新星和一般的新星相區分。

超新星的產生

已知存在的超新星有幾種不同類型,但其形成機制都來自兩種情形之一:通過核聚變產生能量的過程終止或突然啟動。當一個衰老的大質量恆星核無法再通過熱核反應產生能量時,它有可能會通過引力坍縮的過程坍縮為一個中子星或黑洞。引力坍縮所釋放的引力勢能會加熱並驅散恆星的外層物質。另一種形成機制為一顆白矮星可能會從其伴星那裡獲取並積累物質(通常是通過吸積,少數通過合併)從而提升內核的溫度,以至能夠將碳元素點燃並由此導致熱失控下的核聚變,最終將恆星完全摧毀。

當質量超過錢德拉塞卡極限(約為一點三八倍太陽質量)的恆星內部的核聚變爐無法提供足夠的能量時,恆星將走向坍縮;而當吸積過程中的白矮星質量達到這一極限時它們將會質量過高而燒毀。需要注意的是,白矮星還會通過碳氮氧循環在其表面形成一種與上述有所不同的並且規模小很多的熱核爆炸,這被稱作新星。一般認為質量小於九倍太陽質量左右的恆星在經歷引力坍縮的過程後是無法形成超新星的。

推動新恆星的產生

根據估算,在如銀河系大小的星系中超新星爆發的幾率約為五十年一次,它們在為星際物質提供豐富的重元素中起到了重要作用。同時,超新星爆發產生的激波也會壓縮附近的星際雲,這是新的恆星誕生的重要啟動機制。

中國歷史上對超新星的記載

中國是歷史上最早觀測並記載超新星的國家。中國天文學家於公元一八五年觀測到的SN
185是歷史記載中最早的超新星紀錄。一八五年十二月二日,東漢中平二年乙丑,中國天文學家觀測到超新星一八五。該超新星在夜空中照耀了八個月。《後漢書.天文志》載:「中平二年(一八五年)十月癸亥,客星出南門中,大如半筵,五色喜怒,稍小,至後年六月消。」

SN 1006則是記錄中最亮的超新星,中國和阿拉伯天文學家都有詳細描述。一零零六年四月三十日,位於豺狼座的SN
1006爆發。它可能是有史以來人們記錄到的視亮度最高的超新星,據推斷其亮度達到了-9等。據現代天文學家推測:「在一零零六年的春天,人們甚至有可能能夠藉助它的光芒在半夜閱讀。」在中國宋朝,這顆超新星由司天監周克明等人發現,因而將它稱作周伯星。在《宋史.天文志》卷五六中記載為:「景德三年四月戊寅,周伯星見,出氐南,騎官西一度,狀如半月,有芒角,煌煌然可以鑒物,歷庫樓東。八月,隨天輪入濁。十一月復見在氐。自是,常以十一月辰見東方,八月西南入濁。」

觀測最廣泛的超新星是SN1054,它爆發的殘骸形成了著名的蟹狀星雲。對此中國古人也有描述。一零五四年七月四日,一零五四爆發。這次客星的出現被中國宋朝的天文學家詳細記錄,《續資治通鑒長編》卷一七六中載:「至和元年五月己酉,客星晨出天關之東南可數寸(嘉佑元年三月乃沒)。」日本、美洲原住民也有觀測的紀錄。

超新星爆發對地球的影響

如果一顆超新星爆發的位置非常接近地球以至於它能夠對地球的生物圈產生明顯的影響,這樣的超新星被稱為近地超新星,它們到地球的距離粗略為一百光年以內。

超新星對類地行星所產生的負面影響的主要原因是伽瑪射線:對地球而言,伽瑪射線能夠在高空大氣層中引起化學反應,將氮分子轉化為氮氧化物,並破壞臭氧層使地球表面暴露於對生物有害的太陽輻射與宇宙射線之下。據認為一顆近地超新星引起的伽瑪射線暴有可能是造成奧陶紀、志留紀滅絕事件的原因,這造成了當時地球近60%的海洋生物的消失。
 
有關近地超新星爆發的預測通常集中在有可能形成II型超新星的大質量恆星上,而在距太陽幾百光年的範圍內確實有幾顆主要恆星有可能在短至一千年的時間內成為超新星;一個典型的例子是參宿四,它是一顆距地球四百二十七光年的紅超巨星。不過值得注意的是,一般認為這些預測中的超新星對地球幾乎不會產生任何影響。

讓我們回到文章開頭的例子。白矮星爆發的超新星屬於宇宙中威力最強的超新星爆發。將要爆發的白矮星距離地球只有三千二百六十光年。在這個距離爆發的超新星發出的幅射能量在地球表面達十萬爾格每平方釐米,將會烤焦地球上的一切生命,徹底破壞保護我們的地球臭氧層。不過一百萬年已經足夠久遠,希望那時候人類有能力逃離被烤焦的範圍。◇

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2010-05-14 7:58 PM
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