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当太阳变成超新星,地球上的生命将经历什么?

2020-1-13 环球解密

至今科学家观测到的超新星事件都距离地球非常遥远。最近,天文学家注意到距离地球仅600多光年猎户座的参宿四(Betelgeuse)有快要爆炸的迹象,这可能是距离地球最近的一个即将发生的超新星事件。

超新星示意图。

人们难免想象,近距离超新星事件对地球有什么影响?如果太阳爆炸变成超新星,地球上的生命会经历怎样的变化?

美国天文物理学家西格尔(Ethan Siegel)在《福布斯》(forbes)杂志天文专栏上发表的博文介绍了这样的过程:毫无疑问,地球上的生命,不仅是人类,小到微生物都将在几秒钟之内无一幸存。那是被炸死、高温烤死还是被宇宙射线辐射致死?

西格尔提出了令人意外的死法:在超新星事件那绚丽的光亮抵达地球之前,所有的生命将被巨大的中微子能量袭击在瞬间死亡。换句话说,生命将在眼见世界发生任何变化之前,已经全部灭亡。

恒星核聚变的过程

要了解这一过程,西格尔先从恒星核聚变的过程说起。科学家了解到,恒星最先使用氢通过核聚变为氦,就像我们的太阳目前所处的阶段;之后将发生氦聚变为碳的过程,这个过程有几百万年;接着是碳聚变为氧、氖和镁的过程;碳也用完后,将接连引发氖、氧和硅的聚变过程。

太阳在氦聚变阶段之后就结束了,将变成一颗红矮星,没有足够的质量启动碳聚变。比太阳质量大很多的恒星,将有后续的阶段,这些阶段持续的时间越来越短,比如氖的聚变只持续大约1年;氧聚变大约几个月;最后的硅聚变大约只有不到一天的时间。

当恒星内部的硅元素也耗尽的时候,内部压力骤降,在高温和引力的作用下,恒星坍塌,发生超新星爆发。这个过程只持续几秒的时间。

中微子将比光早几小时抵达

西格尔说,超新星时刻就像一个失控的核聚变过程,恒星的内部变成一个巨大的由中微子构成的原子核,外部大量的能量瞬间注入。在大约只有10秒的时间内,将发出约1044焦耳的能量。用爱因斯坦能量和质量的转换公式E = mc2,这相当于1027千克的质量,相当于两个土星转变所得的能量。

这些能量以光子射线、恒星爆炸物和中微子混合的形式发出。三种物质都能轻易毁掉周围行星上的生命,可是西格尔说,光线要从恒星内部到表面再发射出去,有个短暂的延时;而中微子即刻向所有的方向、以光速射出,将比光更快抵达行星,而且中微子携带的能量占超新星爆发总能量的99%。

在通常情况下,中微子一般不和物质发生作用。西格尔以太阳为例,地球每秒钟接受的能量约为4×1026焦耳,约有70万亿个中微子穿过一个人的手掌。中微子与人体偶尔也会发生作用,由于几率非常低,因此对人体几乎没有影响。

但是当恒星经历超新星爆发的时候,西格尔说,中微子携带的能量将增至1016倍,这样算来,即使很小几率的互动也会给生物体带来巨大的能量冲击,足以摧毁任何生物体。

1987年,科学家探测到16.8万光年外一个超新星事件,探测器先感应到中微子射线的到来,最早的信号和最晚之间相隔只有大约10秒,可是在几小时之后,仪器才探测到来自这个事件的光线。

铅板和行星都挡不住的中微子

一般的射线可以用铅板抵挡,或者挖个很深的地洞也许可以存活。可是对于中微子,即使转移到行星背向恒星的一面、或者躲到太阳系最远的行星上用其他行星作为盾牌也挡不住。

因此西格尔推理出的情况是,安装足够敏感的探测器是可以追踪恒星每一步碳、氖、氧、硅燃烧的过程。当人们侦测到硅燃烧阶段启动的信号后,人们只有几小时的时间互相道别。

超新星发出的中微子射线,对于在那个恒星系统内的行星上任何角落的生命,在二十分之一秒内接受的辐射量已经致命。

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