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超新星爆炸是什麼?對人類的威脅有多大?

超新星爆炸,對天文學一無所知的人,可能不知道。當一些恒星接近其進化之旅的終點時,它們以劇烈的爆炸結束自己的生命,其餘的則成為其他天體。這種類型的爆炸被稱為超新星爆炸。這個詞是由Walter Budd和Fritz Zwickey于1931年創造的。

這種爆炸在短時間内會發出大量的電磁輻射,包括可見光,甚至可以照亮它所在的整個星系。理論計算表明,超新星在此期間可以發射高達10到44焦耳的能量,這是一個非常大的能量,相當于太陽在其生命周期(約100億年)内發射的能量之和,并且一些超新星在短時間内發出的能量比太陽在其生命周期中發射的能量多得多。

超新星爆炸是什麼?對人類的威脅有多大?

超新星爆炸可分為兩大類。

一是大品質恒星在生命結束時耗盡了核燃料,内部輻射壓力最終無法抵抗自身的引力,導緻重力的快速坍縮和引力勢能釋放引起的爆炸。超新星爆炸通常隻發生在品質超過太陽品質八倍的恒星上。換句話說,太陽不會與超新星一起爆炸。

另一種是在雙星系統中,其中兩顆白矮星合并,或者白矮星從它們的伴星中積累足夠的品質以達到錢德拉薩卡極限(太陽品質的1.4倍),這也可以引發超新星爆炸。聽起來這種爆炸是不尋常的,但雙星系統實際上在宇宙中很常見。

超新星爆炸是什麼?對人類的威脅有多大?

中子星和黑洞是在超新星爆炸過程中形成的,這兩個緻密物體的密度如此之大,以至于僅中子星的密度就高達每立方厘米10億噸。然而,超新星爆炸并不總是形成如此密集的物體,有時會炸毀骨粉。

超新星爆炸是什麼?對人類的威脅有多大?

恒星在其生命結束時的超新星爆炸以高達光速十分之一的速度抛出其大部分物質,并産生沖擊波,進而導緻膨脹氣體和塵埃的地殼結構。這個結構是超新星爆炸的殘餘物。

1054年,我們的古代天文學家看到了一顆超新星爆炸,它是如此明亮,以至于白天可以看到它。根據曆史記錄,科學家已經證明,爆炸的殘骸現在是可見的蟹形星雲,距離地球6,500光年。在那次超新星爆炸之後,它的核心坍縮成一顆脈沖星(一顆高速旋轉的中子星),該脈沖星于1969年被發現,并且是第一個被确定為曆史性超新星爆炸遺物的物體。

超新星爆炸是什麼?對人類的威脅有多大?

超新星爆炸真的很可怕,因為它們釋放的能量如此之多,以至于它們是宇宙中最強大的天文事件之一。

超新星爆炸釋放的能量太大,不容小觑。如果爆炸離地球太近,爆炸後強大的伽馬射線輻射如果橫掃地球,就足以改變地球的大氣環境,導緻生物滅絕。這種緻命的輻射被稱為伽馬射線暴,除非超新星爆炸,中子星或黑洞合并。

超新星爆炸是什麼?對人類的威脅有多大?

地球曆史上曾發生過五次大規模滅絕,據科學家稱,發生在4.5億年前的奧陶-日留滅絕事件很可能是一顆超新星在地球附近爆炸,摧毀了地球臭氧層的很大一部分,并将大量生物暴露在緻命的輻射下。

超新星爆炸是什麼?對人類的威脅有多大?

然而,超新星爆炸對人類構成威脅的可能性很小,不應該成為問題。

首先,恒星大多相距很遠,離太陽最近的恒星距離4.2光年。除了超大品質恒星引起的超新星爆炸外,對于普通的超新星爆炸,它們隻有在距離地球50到100光年以内才能對地球産生影響。

其次,宇宙中的大多數恒星的品質都比太陽小,品質較小的恒星通常比太陽活得更長。宇宙隻有138億年的曆史,平均而言,銀河系每100年隻有兩到三次超新星爆炸。隻是宇宙中的星系數量如此之多,以至于宇宙中每天都會發生超新星爆炸,除了它們都在銀河系之外,離地球太遠,無法對地球構成任何威脅。

超新星爆炸是什麼?對人類的威脅有多大?

超新星爆炸雖然可怕,但它也是宇宙中天體演化中最重要的環之一,沒有它,生命甚至是不可能的,因為鐵元素後面的元素周期表中的元素基本上是在超新星爆炸期間形成的。兩種輕元素可以聚合成重元素,但條件極其惡劣,需要數億甚至數十億度的高溫,隻有在超新星爆炸期間才能滿足如此苛刻的高溫和高壓條件。

此外,在1960年代,天文學家發現Ia型超新星爆炸最大亮度的絕對恒星與光度曲線具有明顯的功能關系,光度曲線可用于測量星系的距離,作為天文測距的标準燭光。

超新星爆炸是什麼?對人類的威脅有多大?

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