附近的超新星可能會毀了你的一天。
很難理解一顆恆星爆炸事件是多麼強大。一顆典型的超新星每秒以可見光形式釋放的能量是太陽亮度的數百萬倍,並且可以以這種速率輻射數天或數週。有些甚至更強大。而這僅僅是可見光;超新星還可以透過其他方式爆發能量,這些能量絕對會超過這個數字。
顯然,最好是從非常非常遠的地方見證恆星的爆炸死亡。幸運的是,情況通常如此;天文學家每年發現的數千顆超新星中,大多數都距離我們數億光年——實際上是如此遙遠,以至於我們需要巨大的望遠鏡才能看到它們。
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但這也證明了它們的威力:我們可以在整個宇宙中清楚地看到它們。
這引發了兩個有趣(如果令人恐懼)的問題:在情況變得糟糕之前,你能離超新星有多近?或許更相關的是,是否有足夠靠近地球、足以傷害我們的恆星定時炸彈?
超新星可以透過多種方式帶來宇宙災難。最危險的是高能輻射,如X射線或伽馬射線。雖然我們地球的大氣層可以作為緩衝,吸收一部分致命的衝擊波,但這實際上會改變地球空氣的化學成分——而且不是朝著好的方向改變。例如,臭氧層可能會被這樣的事件摧毀,從而使我們太陽的有害紫外線在數年內未經濾過地到達地球表面。這可能導致動物癌症發病率增加,更糟糕的是,還會透過殺死地球食物鏈底層的微生物,從根本上擾亂生態系統。
霧霾可能是附近超新星造成的另一種大氣副作用。分子氮是我們空氣的主要成分,可以被高能輻射分解,然後與氧氣重新結合,形成二氧化氮,一種深紅棕色(且有毒)氣體。當數量足夠多時,這個過程會顯著減少到達地球表面的陽光,並導致全球降溫事件。在經歷了數十年的全球變暖之後,這聽起來可能令人耳目一新,但這樣的事件實際上可能會徹底擾亂生物圈,在極端情況下甚至可能引發冰河時代。
這種輻射衝擊我們的大氣層也可能產生巨大的快速移動電子波,從而產生電磁脈衝,可能會損壞電子裝置,並摧毀區域甚至國家電網。
多年來,天文學家對這種可能性進行了大量研究,好訊息是——某種程度上算是好訊息——超新星必須距離地球約160光年以內才會造成這種損害。這在浩瀚的星系尺度上已經相當近了,但在人類一生中發生的可能性微乎其微。
銀河系也是一個龐大的星系——直徑12萬光年——而且大約每幾十年就會發生一次超新星爆發。超新星如此接近地球以至於傷害到我們的機會很小——但令人惱火的是,並非為零。這就引出了第二個問題:是否有任何恆星足夠接近,以至於一旦它們爆炸就會影響我們?
嗯,算是吧。
產生超新星的一種方法是從一顆大質量恆星開始。它愉快地在其核心中將氫融合成氦數百萬年,但逐漸開始耗盡。當它耗盡核燃料並開始死亡時,它會經歷各個階段。它膨脹成紅超巨星,甚至可以變成藍色或黃色。然而,它通常會在最終事件發生之前變回紅色。
最終,恆星耗盡了燃料供應。當這種情況發生時,核心坍塌並爆炸,爆發出真正令人靈魂蒸發的能量——以及相當多的物質。所有這些都撞擊到恆星的外層,並以每秒數千公里的速度將它們發射出去,這就是我們實際看到的壯觀而明亮的超新星的成因。
以這種方式製造超新星的質量下限約為太陽質量的八倍。如果質量小於這個值,核心就缺乏爆炸的動力。
這就引出了角宿一。它是天空中最亮的恆星之一,在室女座中很容易看到,而且它質量很大,可能是太陽質量的十幾倍,因此符合條件。它現在才剛剛開始耗盡燃料,開始其成為紅超巨星的漫長旅程。
這是個好訊息:角宿一在很長很長一段時間內都不會爆炸。即使它現在爆炸,以距離地球約250光年的距離來看,它也太遠了,對我們構不成太大威脅。它會變得非常明亮,甚至超過滿月,這可能會損害許多植物和動物的晝夜節律,所以這不太好。但除此之外,我們應該是相當安全的。
角宿一是離我們最近的大質量恆星超新星候選者,所以就目前而言,我們看起來不錯。
然而,還有另一種超新星。如果一顆超高密度的白矮星(類似太陽的恆星死亡後留下的核心)被附近的伴星——例如像太陽一樣的恆星,或另一顆白矮星——環繞,那麼這顆伴星可以將大量物質傾倒到白矮星上。如果這顆超高密度的白矮星質量達到太陽質量的約1.4倍,其強大的引力將點燃積聚物質中的聚變波,產生一顆質量與恆星相當的熱核炸彈。這也產生了一顆超新星。其性質與大質量恆星爆炸時不同,但總體效果相似。
在我們附近有這樣的白矮星雙星系統嗎?有。天鵝座IK星是一個雙星系統。主星是一顆類似於太陽的普通恆星,但質量更大、更明亮、更熱。它被一顆質量與太陽大致相同的白矮星緊密環繞。
目前這個系統是安全的;這顆普通恆星似乎沒有將其任何質量轉移到白矮星上。但在未來的某個時候,這顆普通恆星也將開始死亡。它會膨脹,並且肯定會將大量物質傾倒到白矮星上。雖然這需要一些時間,但這個系統很可能會產生超新星。
壞訊息是:它距離我們只有150光年,足夠近,具有危險性。
好訊息是:太空中的一切都在移動,包括太陽和天鵝座IK星。它不太可能在數百萬年內爆炸,到那時它將離我們遠得多。當它發生超新星爆發時,我們將安然無恙。因此,雖然天鵝座IK星在技術上是最近的超新星候選者,但這只是暫時的。
當然,隨著時間的推移,其他現在離我們太遠而不會傷害我們的恆星可能會移動到射程內。雖然這並不完全令人安慰,但我們談論的是數十萬年,甚至數百萬年後的時間尺度。
這樣說吧:在我的2008年出版的書《來自天空的死亡!》中,我詳細介紹了超新星如何給我們帶來沉重打擊。我為那本書做了大量研究,最終我得出結論,這不是我們應該擔心的事情。在時間和空間上,都有更緊迫的問題應該佔據我們的思想。銀河系是一個粗糙的街區,但至少現在,我們還好。
