宇宙中最為壯麗的煙花

當(dāng)你晚上仰望星空的時候，有沒有想過這些滿天的繁星其實(shí)是有生命的？當(dāng)它們走到生命盡頭的時候，會以不同的方式結(jié)束自己的生命。超新星爆發(fā)就是恒星結(jié)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(fā)過程中，恒星會在瞬間釋放大量的能量，亮度也隨之劇增，以至于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(fā)后形成的蟹狀星云

超新星的巨大威力        

在超新星爆發(fā)過程中瞬間釋放的能量高達(dá)10⁴⁶焦耳。小伙伴們可能對這個數(shù)字沒有什么直觀的概念。還是舉個例子吧，看過《流浪地球》的小伙伴們對電影中的“行星發(fā)動機(jī)”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(fā)動機(jī)，就是為了給地球加速到第三宇宙速度（16.7km/s）。

地球脫離太陽系后，“行星發(fā)動機(jī)”全功率開啟，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，地球辣么大，肯定困難啊！）。那么假如超新星爆發(fā)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！

這下小伙伴們對超新星爆發(fā)的威力有點(diǎn)概念了吧。可以說，我們用超超超超級核爆來形容超新星爆發(fā)一點(diǎn)都不為過。

超新星爆發(fā)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(fā)

超新星爆發(fā)在整個銀河系中并不多見，大約每世紀(jì)1~2個的樣子。在幾百萬年以前，地球附近就可能發(fā)生過超新星爆發(fā)事件！聽起來可能有點(diǎn)駭人聽聞，可我們科學(xué)家說話是講證據(jù)的。那么，我們是怎么知道那么多年以前發(fā)生的超新星爆發(fā)事件呢？這里我們還得感謝鐵元素的一個同位素：鐵-60。

提到鐵大家并不陌生，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?nèi)粘Ｉ钪兴佑|到的鐵里面是沒有鐵-60的。這是因?yàn)樗陌胨テ诟厍虻哪挲g比起來實(shí)在是太短了，只有大約260萬年。也就是說每過260萬年，鐵-60的數(shù)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(xiàn)在也都衰變完了。

然而有趣的是，科學(xué)家利用非常靈敏的加速器質(zhì)譜技術(shù)，在太平洋海底的巖石表層里面居然發(fā)現(xiàn)了微量的鐵-60同位素的存在（每個樣品中發(fā)現(xiàn)了約幾十個鐵-60原子）。而且這些鐵-60原子并不是均勻分布在這些巖石樣本中的，而是只存在于某一特定深度下，這就引起了科學(xué)家們的極大興趣。

我們知道，海底巖石中不同深度的樣本記錄了不同年代的考古學(xué)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原子不可能來自于形成地球的“原材料”，那么它們又是哪來的呢？又為什么會出現(xiàn)在地球上呢？

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

海底巖石樣本中不同年代（深度）處鐵-60的含量

鐵-60的合成

好奇的小伙伴可能會問，鐵-60是怎么產(chǎn)生的？它們又是怎么跑到地球上的呢？

這個，故事還得從頭說起。在恒星形成的時候，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?nèi)粘Ｉ钪械蔫F類似，是不含有鐵-60的。在恒星演化的某些階段中，這些鐵元素中的鐵-58會吸收一個中子，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；二是它會再吸收一個中子變成鐵-60。這樣在恒星中就實(shí)現(xiàn)了鐵-60從無到有的奇妙變化。

當(dāng)恒星演化到最后階段時，它會通過超新星爆發(fā)向宇宙中噴撒出大量物質(zhì)，其中就包括鐵-60同位素。如果這個超新星爆發(fā)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3百萬年之后被科學(xué)家所發(fā)現(xiàn)。

細(xì)心的小伙伴可能會發(fā)現(xiàn)，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。那么鐵-59到底更喜歡走哪條路呢？萬一它更喜歡變成鈷-59怎么辦？那豈不是就不會有鐵-60了嗎？

為了回答這個問題，科學(xué)家們必須通過實(shí)驗(yàn)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(xiāng)距離地球到底有多遠(yuǎn)，甚至確定它們是來自天上的哪顆星星。

該項研究內(nèi)容吸引了天文學(xué)家，天體物理學(xué)家及核物理學(xué)家濃厚的研究興趣，也是目前國際上的研究熱點(diǎn)之一。 

從鐵-58到鐵-60的合成過程示意圖

超新星爆發(fā)對地球的影響

此外，3百萬年前，那顆超新星爆發(fā)后，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(dǎo)致大氣上層的氮?dú)馀c氧氣發(fā)生反應(yīng)生產(chǎn)氮氧化物，最終導(dǎo)致臭氧層減少，使得地球上的生物受到強(qiáng)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(dǎo)致雷電和其他一些列效應(yīng)，這對當(dāng)時地球的生態(tài)環(huán)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(fā)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(xiàn)。雖然目前我們尚不能確定超新星爆發(fā)和更新世的出現(xiàn)是否存在聯(lián)系，但這無疑是一項非常有意思的研究。

超新星爆發(fā)影響全球氣候