超新星爆發(fā)時(shí)，地球安全嗎？

李鑒

銀河系里聚集著兩三千億顆恒星，當(dāng)然不乏大質(zhì)量恒星，堪稱一個(gè)巨大的潛在超新星“倉庫”。而這里一旦爆發(fā)超新星，會(huì)不會(huì)對地球生命產(chǎn)生影響呢？

并非杞人憂天

20世紀(jì)50年代以來，有科學(xué)家提出超新星爆發(fā)可能是地球生命史上物種滅絕的元兇之一。理論上，鄰近超新星爆炸所釋放出的伽馬射線可以在數(shù)十年里破壞掉臭氧層，使地球表面完全暴露在對生物有害的紫外線下。

20世紀(jì)末，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)可以通過尋找鐵-60 來追蹤太陽附近遠(yuǎn)古超新星的蛛絲馬跡。鐵-60是鐵的同位素，我們?nèi)粘＝佑|到的都是穩(wěn)定的鐵-56，它的原子核中包含26個(gè)質(zhì)子和30 個(gè)中子，鐵-60則多了4個(gè)中子。像碳、氮、氧這樣較輕的元素都是通過恒星內(nèi)部的核聚變產(chǎn)生的，而恒星能制造的最重元素，只到鐵為止，像金、鉑、鈾等比鐵更重的元素，只能在超新星爆發(fā)或中子星碰撞時(shí)的極高溫環(huán)境中形成。鐵-60就是來自超新星，它是一種放射性元素，半衰期約260萬年。因此，如果在地球上發(fā)現(xiàn)鐵-60，那么它們一定來自不遠(yuǎn)處的超新星在過去幾百萬年里的爆發(fā)。

到了21世紀(jì)初，德國科學(xué)家在海底鉆取的一段250 萬年前的沉積物中真的探測到了微量的鐵-60原子。2016年，科學(xué)家在地球周邊的太空塵埃及阿波羅計(jì)劃從月球帶回的樣品等多個(gè)環(huán)境中也發(fā)現(xiàn)了鐵-60，而且它們抵達(dá)地球的時(shí)間多為250 萬年左右。這說明，大約250 萬年前在地球附近確實(shí)有過一顆超新星爆發(fā)！它距離我們約150～300光年。

危險(xiǎn)來自哪兒？

天文學(xué)家仔細(xì)研究了這次超新星爆發(fā)，發(fā)現(xiàn)除了伽馬射線以外，對生命產(chǎn)生更致命威脅的還有從超新星中產(chǎn)生的宇宙射線！

宇宙射線是從宇宙中闖入地球的高能量質(zhì)子或原子核。它們進(jìn)入大氣層時(shí)，會(huì)和氮、氧等原子碰撞，形成中子和一種叫做μ 介子的“粒子雨”。μ介子大多數(shù)在幾微秒內(nèi)衰變成電子，但仍然會(huì)有許多抵達(dá)地表，平均每平方米每分鐘約有10000 個(gè)。它們也會(huì)穿過人體，其中一小部分會(huì)和人體發(fā)生相互作用。平均而言，它們占據(jù)了人體所受輻射總量的六分之一左右。

平時(shí)，少量的μ 介子不會(huì)帶來嚴(yán)重傷害。但如果宇宙射線增強(qiáng)100 倍，輻射產(chǎn)生的放射性物質(zhì)將在大型動(dòng)物體內(nèi)積累，降低其繁殖能力，直到它們絕育、絕種。如果宇宙射線繼續(xù)增強(qiáng)100 倍，昆蟲和單細(xì)胞生物也將從地球上消失。250萬年前那次超新星爆發(fā)時(shí)，超量百倍的μ 介子直達(dá)海洋深處，而且持續(xù)了數(shù)千年。一些大型古生物，如“巨齒鯊”正好在這段時(shí)間滅絕，很難說二者沒有關(guān)聯(lián)。

人類是否安全？

研究表明，如果在距離我們20光年的范圍內(nèi)爆發(fā)超新星，地球生命將會(huì)面臨滅頂之災(zāi)。而人類的“安全距離”則可能在50～100 光年之外。

幸運(yùn)的是，首先，離我們最近的太陽不會(huì)爆發(fā)成為超新星。其次，在50 光年的范圍內(nèi)，也沒有將會(huì)成為超新星的大質(zhì)量恒星。但我們也不能百分之百放心，因?yàn)樾≠|(zhì)量的白矮星在吸積物質(zhì)后也可能爆炸成為另一種類型的超新星——Ia 型超新星。根據(jù)歐洲空間局蓋婭（GAIA）衛(wèi)星的最新觀測結(jié)果，有人估計(jì)在距離地球75光年的范圍內(nèi)，80% 的白矮星已經(jīng)被找到了，其中也沒有發(fā)現(xiàn)超新星“候選體”。剩下的可能性，還有待今后的觀測來排除。

在安全距離之外，目前所知最有希望“很快”爆發(fā)成超新星的，是600 多光年外的獵戶座參宿四。它的質(zhì)量是太陽的10～20 倍，半徑大約是太陽的800 倍，屬于恒星里個(gè)頭最大的紅超巨星。它的壽命不超過一千萬年，這在宇宙天體中實(shí)在是太短暫了。

獵戶座參宿四“隨時(shí)”可能爆發(fā)成為超新星。究竟是什么時(shí)候？答案也許就在明天，也許會(huì)在幾萬年以后，也許已經(jīng)爆炸了但光線還沒有到達(dá)地球。畢竟和它的壽命相比，幾千幾萬年也不過就是片刻工夫而已，提前或推遲“片刻”誰又能說得清呢？它的爆發(fā)應(yīng)該不會(huì)帶來大的災(zāi)難，只不過天空中會(huì)暫時(shí)多出一顆和月亮差不多亮的星星而已。