宇宙中最為壯麗的煙花_風聞

【歡迎關注中科院之聲公眾號（ID：zkyzswx）或微博@中科院之聲，看科學界的大事兒】

當你晚上仰望星空的時候，有沒有想過這些滿天的繁星其實是有生命的？當它們走到生命盡頭的時候，會以不同的方式結束自己的生命。超新星爆發就是恆星結束自己生命的一種方式，它用極其絢麗的煙花為自己的一生閉幕。在超新星爆發過程中，恆星會在瞬間釋放大量的能量，亮度也隨之劇增，以至於在整個銀河系中都能看見它的光輝，可以稱之為“宇宙中最為壯麗的煙花”。

超新星爆發後形成的蟹狀星雲

超新星的巨大威力  

在超新星爆發過程中瞬間釋放的能量高達1046焦耳。小夥伴們可能對這個數字沒有什麼直觀的概念。還是舉個例子吧，看過《流浪地球》的小夥伴們對電影中的“行星發動機”肯定印象深刻吧。為了推動地球逃離太陽的引力束縛，全球各地興建了大量行星發動機，就是為了給地球加速到第三宇宙速度（16.7km/s）。

地球脱離太陽系後，“行星發動機”全功率開啓，將用五百年的時間加速至光速的千分之五。可見要讓地球去流浪還是非常困難的（廢話，地球辣麼大，肯定困難啊！）。那麼假如超新星爆發中釋放的能量全部用來給我們的地球加速，可以加速到多少呢？答案是298300km/s，也就是99.5%的光速！

這下小夥伴們對超新星爆發的威力有點概念了吧。可以説，我們用超超超超級核爆來形容超新星爆發一點都不為過。

超新星爆發釋放的能量可將地球加速至近光速

地球附近的超新星爆發

超新星爆發在整個銀河系中並不多見，大約每世紀1~2個的樣子。在幾百萬年以前，地球附近就可能發生過超新星爆發事件！聽起來可能有點駭人聽聞，可我們科學家説話是講證據的。那麼，我們是怎麼知道那麼多年以前發生的超新星爆發事件呢？這裏我們還得感謝鐵元素的一個同位素：鐵-60。

提到鐵大家並不陌生，日常生活中的鐵到處都是，我們平常接觸到的鐵大部分（90%以上）都是鐵-56，另外還有少量的鐵-54，鐵-57和鐵-58。可見我們日常生活中所接觸到的鐵裏面是沒有鐵-60的。這是因為它的半衰期跟地球的年齡比起來實在是太短了，只有大約260萬年。也就是説每過260萬年，鐵-60的數量就會減少（衰變掉）一半，而目前地球的年齡是大約45億年，可見即使一開始地球上有鐵-60存在，到現在也都衰變完了。

然而有趣的是，科學家利用非常靈敏的加速器質譜技術，在太平洋海底的岩石表層裏面居然發現了微量的鐵-60同位素的存在（每個樣品中發現了約幾十個鐵-60原子）。而且這些鐵-60原子並不是均勻分佈在這些岩石樣本中的，而是隻存在於某一特定深度下，這就引起了科學家們的極大興趣。

我們知道，海底岩石中不同深度的樣本記錄了不同年代的考古學信息，就像樹的年輪一樣，記錄了不同年份的氣候情況。既然這些鐵-60原子不可能來自於形成地球的“原材料”，那麼它們又是哪來的呢？又為什麼會出現在地球上呢？

目前最合理的解釋是，地球上所發現的這些鐵-60是來自於很久以前地球附近發生的某次超新星爆發事件。科學家通過分析鐵-60原子在樣本中出現的深度信息發現，該超新星爆發事件出現在大約3百萬年以前。 無獨有偶，科學家們分析了上個世紀阿波羅號探月飛船帶回來的月球表面樣本，也同樣發現了鐵-60的痕跡，因此地球附近發生過超新星爆發的猜想得到了進一步的證實。

海底岩石樣本中不同年代（深度）處鐵-60的含量

鐵-60的合成

好奇的小夥伴可能會問，鐵-60是怎麼產生的？它們又是怎麼跑到地球上的呢？

這個，故事還得從頭説起。在恆星形成的時候，形成它的“原材料”中就有微量的鐵元素，這些鐵元素的成分和我們日常生活中的鐵類似，是不含有鐵-60的。在恆星演化的某些階段中，這些鐵元素中的鐵-58會吸收一箇中子，變成鐵-59。而鐵-59則有兩條路可走：一是通過β衰變變成鈷的同位素鈷-59；二是它會再吸收一箇中子變成鐵-60。這樣在恆星中就實現了鐵-60從無到有的奇妙變化。

當恆星演化到最後階段時，它會通過超新星爆發向宇宙中噴撒出大量物質，其中就包括鐵-60同位素。如果這個超新星爆發事件距離地球足夠近的話，有些鐵-60原子就會飄落在地球上，最終在3百萬年之後被科學家所發現。

細心的小夥伴可能會發現，雖然鐵-59有兩條路可走，但只有其中一條路會才變成鐵-60，另一條路是通往鈷-59的。那麼鐵-59到底更喜歡走哪條路呢？萬一它更喜歡變成鈷-59怎麼辦？那豈不是就不會有鐵-60了嗎？

為了回答這個問題，科學家們必須通過實驗精確測量鐵-59的β衰變速率以及它吸收中子的速率，通過比較二者的速率大小，就可以確定鐵-59走這兩條路的分支比，這樣我們才能更清楚的知道地球上這些天外來客鐵-60到底是哪來的，它們的故鄉距離地球到底有多遠，甚至確定它們是來自天上的哪顆星星。

該項研究內容吸引了天文學家，天體物理學家及核物理學家濃厚的研究興趣，也是目前國際上的研究熱點之一。 

從鐵-58到鐵-60的合成過程示意圖

超新星爆發對地球的影響

此外，3百萬年前，那顆超新星爆發後，來光顧我們地球的可不僅僅是鐵-60哦，還有各種各樣其它元素的同位素，以及大量的高能γ射線等。而這些高能γ射線可導致大氣上層的氮氣與氧氣發生反應生產氮氧化物，最終導致臭氧層減少，使得地球上的生物受到強烈的紫外線照射；同時來自超新星的輻射還會引起大氣層的電離，可能導致雷電和其他一些列效應，這對當時地球的生態環境和全球氣候肯定是造成了不小的影響。

有趣的是，大約在同一時期（250萬年以前），全球氣候也發生了劇烈變化，由較暖的上新世過渡到了較冷的更新世（亦稱冰川世），而人類也隨之出現。雖然目前我們尚不能確定超新星爆發和更新世的出現是否存在聯繫，但這無疑是一項非常有意思的研究。

超新星爆發影響全球氣候

來源：中國科學院近代物理研究所