最绚丽的烟花,世上最美的烟花

高冰水

当你晚上仰望星空空的时候，有没有想过满天的星星其实都是活的？当他们走到一个进化周期的尽头，他们会以不同的方式结束自己的生命。超新星是恒星结束生命历程的一种方式，它以极其华丽的“烟火”结束生命。在超新星爆发的过程中，恒星会在瞬间释放出巨大的能量，亮度也会急剧增加，让整个星系都能看到它的光辉，堪称“宇宙中最壮丽的烟火”。

超新星的巨大威力

超新星爆发时瞬间释放的能量高达10*焦耳。我们可能对这个数字没有什么直观的概念，但是我们来举个例子——

看过《流浪地球》的人一定对电影中的“行星引擎”印象深刻。为了推动地球摆脱太阳的引力束缚，世界各地建造了大量的行星发动机，就是为了把地球加速到第三宇宙速度(16.7 km/s)。地球离开太阳系后，“行星引擎”将满功率开启，需要500年才能将地球加速到光速的5%。但是，让地球流浪还是很难的。那么如果把超新星爆炸释放的能量全部用来加速我们的地球，能达到什么速度呢？答案是299792457.5 m/s，而光速是299792458 m/s，也就是说离光速只有一步之遥，只有0.5 m/s的距离。

这个比较让你对超新星爆炸的威力有了一些了解，不是吗？可以说，我们用超级超级超级核爆炸来形容超新星爆炸并不为过。

美国宇航局的斯皮策和钱德拉泰空望远镜以及西班牙的卡拉阿尔托天文台捕捉到了这幅超新星遗迹的图像。这张合成图像结合了红外和X射线视野，被美国宇航局称为“热膨胀碎片云”。

地球附近的超新星爆炸

超新星在银河系中很罕见，一个世纪出现一两次。几百万年前，地球附近可能发生过超新星爆炸。这听起来可能令人震惊，但这一事件是有科学证据的。那么，我们如何知道这么多年前发生的超新星爆炸呢？这里我们需要感谢铁的一种同位素:铁-60。

提到铁并不陌生。铁在我们的日常生活中无处不在。我们平时接触到的铁(90%以上)大多是铁-56，也有少数铁-54、铁-57、铁-58。没有铁-60，因为它的半衰期与地球年龄相比太短，只有260万年左右。也就是说，每260万年，铁-60的数量就会减少(衰变)一半。目前，地球的年龄约为45亿年。即使地球上最初有铁-60，现在也已经全部衰变了。

然而，有趣的是，科学家们利用非常灵敏的加速器质谱技术，竟然在太平洋底部的岩石表层发现了微量的铁-60(每个样本中发现了几十个铁-60原子)。然而，这些铁-60原子并不是均匀分布在这些岩石样本中，而是只存在于一定深度，这引起了科学家们的极大兴趣。

我们知道，海底岩石中不同深度的样本记录着不同年代的考古信息，就像树木年轮记录着不同年份的气候状况一样。既然这些铁-60原子不可能来自地球形成初期，那么它们从哪里来，为什么会出现在地球上？

目前最合理的解释是，地球上发现的这些铁-60原子来自于很久以前地球附近的一次超新星爆炸。通过分析海底岩石样本中铁-60原子的深度信息，科学家发现超新星爆发发生在大约300万年前。无独有偶，科学家分析了20世纪阿波罗飞船带回的月球岩石样本，也发现了铁-60的痕迹。因此，地球附近发生超新星爆炸的猜想得到了进一步的证实。

铁-60的合成

好奇的你可能会疑惑:铁-60是怎么产生的？他们是如何到达地球的？

这个故事还得从头说起。当恒星诞生时，形成它的“原材料”中有微量的铁。这些铁元素与我们日常生活中的铁成分相似，不含铁-60。在恒星演化的某些阶段，这些铁元素中的铁-58会吸收一个中子，变成铁-59。但铁-59有两条路可走:一是被β衰变，变成钴同位素钴-59；二是吸收另一个中子，把它变成铁-60。这样就实现了恒星中铁-60的惊人变化。

在一些恒星演化的最后阶段，大量的物质会通过超新星爆炸喷向宇宙，其中就包括铁-60。如果这次超新星爆发事件离地球足够近，一些铁-60原子会落到地球上，最终在300万年后被科学家发现。

细心的你可能已经发现，铁-59虽然可以变成铁-60，但导致这种变化的只是一种方式，另一种方式导致β衰变形成钴-59。那么Tie -59更喜欢走哪条路呢？

要回答这个问题，科学家必须通过实验精确测量铁-59的β衰变率及其中子吸收率。通过比较两者的速率，可以确定铁-59走这两条路径的概率，从而更清楚地知道地球上的这些私语铁-60来自哪里，它们的家乡离地球有多远，甚至可以确定它们来自天空中的哪颗恒星。

这项研究引起了天文学家、天体物理学家和核物理学家的极大兴趣，也是目前国际上的研究热点之一。

超新星爆炸对地球的影响

况且300万年前，超新星爆发后，不仅有铁-60，还有各种其他元素的同位素和大量高能γ射线都造访了我们的地球。这些高能γ射线可以使高层大气中的氮气与氧气反应生成氮氧化物，最终导致臭氧减少，使地球上的生物暴露在强烈的紫外线下。同时，超新星的辐射还会引起大气的电离，从而可能导致闪电等一系列效应，这当然对当时的地球生态环境和全球气候产生了重大影响。

有趣的是，大约在同一时期(250万年前)，全球气候也发生了巨大变化，从较温暖的上新世到较寒冷的更新世(又称冰川时代)，人类也出现了。虽然我们不能确定超新星爆发和更新世是否有联系，但这无疑是一项非常有趣的研究。

超新星根据爆炸机制大致可以分为两种:Ia型超新星爆炸和核塌缩超新星爆炸(CCSN)。我们在这里主要谈的是后者CCSN。