 《三思科学》电子杂志
2002年第6期 总第12期
2002年6月1日
目 录
封面
封面故事
[九歌]海洋动物群
新闻
[春上莱茵早]柏林航展巡礼
[柯南]宇宙计算机
[碧声]邻居家的超新星
[碧声]朝向火星的倒计时
[图片新闻]CBI--宇宙新的婴儿照片
[碧声]简讯
求知
[春上莱茵早]飞！火流星
[武强]量子计算机
[九歌]檞寄生还是槲寄生？
[九歌]微藻在向我们召唤
[李淼]弦论通俗演义(十四)、(十五)
译述
[Kenneth L. Feder]旧时代的宗教，
新时代的回响(一)、(二)
[S. Alan Stern]往最远行星的旅程
[Geoff Brumfiel]探寻宇宙涟漪
[道金斯]什么是“自然的”？
历史
[小江]临床医学的观念史，事物
结构的发现史
[小江]米歇尔·福柯--生平与著作
观点
[赵南元]科学会给我们带来更多的
幸福吗？
书评
[落雪]基因的另一种解读
[新书介绍]死亡的脸、星座奥秘
探索图典、到宇宙去旅行
辩伪
[方舟子]“神秘现象”并不神秘
[方舟子]植物真的有感情吗？
网络
[科普网站推荐]网络元素周期表、
星空咖啡、地理探险家
版权声明·订阅与投稿须知
三思科学杂志社
本期责编 九歌
下期责编 春上莱茵早
三思科学网站
©2002,All Rights Reserved.
|
 |
邻居家的超新星
 碧声
|
会有超新星在离地球不远的地方爆发吗？
大约11,000年前，在1,500光年外的地方，发生了一件不太寻常的事。地球上的狩猎采集者仰望天空时，会发现多了一颗明亮的星星……不，也许应该说是月亮。一颗恒星在剧烈的爆发中走向衰亡，即使远在上千光年外观察，其光芒仍然十分惊人。后世的天文学家把这称为超新星——星星并不是新的，只是暂时比原来亮得多。
超新星并不多见，但历史上地球人还是有幸看到了好几颗，譬如中国史料记载的1054年“客星”，据认为蟹状星云就是那场爆发的残骸。第谷和开普勒这一对师徒各自观察到一颗，相隔只有32年（让人郁闷的是，望远镜发明以后，再也没有肉眼可见的超新星出现过）。已知的这些超新星都离地球非常远，通常为几千光年，1,500光年外的古姆(Gum)星云超新星算是最近的了。
如果把距离再拉近，超新星除了看上去更加光辉灿烂之外，还会怎样呢？如果近到使足够多的热量和射线被抛向地球，气候可能发生灾难性变化，地球生物会倒大霉。因此，当听说150光年外可能会有一个天体产生超新星爆发时，严重关心一下是很正常的，毕竟150光年在天文尺度上只是邻居家的后院。英国科普杂志《新科学家》的记者听来这么一件事并把它写在5月底的杂志上，用了个有点吓人的标题——《超新星可能在地球附近爆发》。相关研究人员认为这文章扭曲原意、搞不清楚状况，作者则辩解说自己并不曾夸大其辞。科学家与记者之间经常是不对劲的，不过……嗯，真的会有邻居家的超新星出现吗？让我们把这故事从头讲起。
对恒星来说，质量(mass)就是一切。
这一切的根源在于引力。恒星是一团发光的气体，原本是星际间的气体尘云，在引力的作用下收缩聚集成团。在收缩过程中，气团内部的温度越来越高，终于发生氢聚变为氦的热核反应，使内部压力升高，抵抗引力坍缩的趋势。两者达到平衡，恒星便进入青年时代，基本上稳定地消耗着它的核燃料。
引力坍缩与内部压力的平衡
恒星的生命就是一场抵抗引力坍缩的战争。一颗恒星质量越大，它的引力坍缩趋势就越强，为了平衡引力所需要的内部核反应也越强烈。质量大的恒星，挥霍青春的速度比质量小的恒星更快，当然也更加炽烈明亮。恒星质量与亮度的这种关系，称为质光定律。我们的太阳在恒星家族中属于中等块头，不会像小恒星那样省吃俭用细水长流几百亿年，也不会像几十倍太阳质量的大恒星那样匆匆忙忙在几千万甚至几百万年里走完一生。
质量决定了恒星有多亮，温度有多高，体积有多大，还决定了恒星会怎样死去、留下什么遗产。氢聚变反应在恒星中心进行，产生的氦形成一个氦核。当中心的氢耗尽时，反应无以为继，氦核就在引力作用下收缩，温度升高，点燃氦聚变成碳等更复杂、释放能量更少的反应。收缩过程中引力能转化成的热能向外传输，使离核心较远的地方尚未聚变的氢也开始反应。就这样，恒星内核在每况愈下的复杂核反应中继续收缩，外壳则由于氢聚变而膨胀，恒星就变成了一颗体积巨大、表面温度较低的红巨星。
质量较小的恒星，其外壳会扩散、变薄到完全看不见，核心则会一直收缩，成为体积很小、密度极大的白矮星。在一般物质中，原子的大部分是空的，微小的电子在非常远的轨道上绕微小的原子核运转。白矮星强大的引力在某种意义上把原子“挤碎”了，原子核仍保持完整，但电子不再受原子核束缚，彼此间距离大大减小，导致物质密度增加。白矮星的这种物质状态称为简并态，它靠自由电子之间称为简并压的作用抵抗引力坍缩，保持稳定，慢慢冷却，这就是小质量恒星默默无闻的暗淡结局。我们这个故事的主角，150光年外一个典型双星系统（许多恒星并不是单独存在的，而是成双成对）里的白矮星HR 8210，据认为就是这样形成的。
一般情况下，白矮星会冷下去变成再也不发光的黑矮星。但HR 8210还有一颗伴星，情况便有些不同。问题的核心仍是质量，现在HR 8210大约为1.15个太阳质量，是白矮星里的大个子。印度裔科学家钱德拉塞卡曾提出一个钱德拉塞卡极限，简单地说就是不存在质量超过1.4个太阳质量的白矮星。如果白矮星更重，它的引力就会强到超过电子简并压，因支撑不住而继续坍缩，变成更致密的中子星乃至黑洞。
想象图：白矮星在夺取红巨星的物质
Image: Copyright Russell Knightly Media
如果双星系统里的伴星变成胖大的红巨星或红超巨星，它的外层物质就容易在引力作用下流向白矮星。这些物质在白矮星周围形成一个称为吸积盘的扁平圆盘，使白矮星的质量不断增长。当质量超过钱德拉塞卡极限时，白矮星不再能稳定存在，而会发生剧烈的坍缩，把大量引力能以热能方式释放出来，并点燃一系列复杂的核反应。这样，就产生了一颗Ⅰ型超新星。与之相对的是Ⅱ型超新星，它不是通过夺取伴星质量的方式发生的，而是家底雄厚的大质量恒星（比如，超过5个太阳质量）在将要耗尽燃料时，即使在红巨星阶段损失了不少物质，也不能把内核质量降到钱德拉塞卡极限以下，结果内核持续坍缩，导致超新星爆发，壮烈地结束生命。
HR 8210所在的双星系统是1993年被发现的，不少天文学家认为，它们有可能这样来一场Ⅰ型超新星爆发。也就是说，这是迄今所知离地球最近的超新星候选者。如果真的有超新星在150光年外爆发，地球的臭氧层可能会被射线完全毁掉，这对生物来说是致命的——《新科学家》的报道这么说。报道的作者是从哈佛大学学生Karin Sandstrom那里听来这件事的。Karin后来在互联网上发表批评说，文章写得好像是她发现了这个双星系统可能成为超新星，事实上所有的工作都是前人做的。这种细节纠纷暂且不管，要紧的是她的第二点批评可以让我们大为放心：要等到HR 8210的伴星变成红巨星、给白矮星提供足够的物质，大概需要几亿甚至几十亿年。这不仅是时间上太遥远、根本无须杞人忧天的问题，到那时候，这个双星系统早就运行到离我们1万秒差距——3万多光年的地方了。《新科学家》虽然也提到了这一点，但没有强调，再加上标题的效果，不免有一点误导性。原来邻居家的小星星，长大后变成超新星时，已经离我们太远了。
事实让人松了口气，又不免有些无趣。是否曾经——或者将要——有什么其它的超新星对地球产生重大影响呢？在有关恐龙灭绝的10...1种假说里，超新星爆发说曾是听上去颇为有理的一种，不过现在已经被陨石撞击说压倒。目前所知最有希望“很快”爆发的邻近超新星候选者，是500光年外猎户座里的红超巨星参宿四（猎户座α），它可能成为一颗Ⅱ型超新星，时间也许是明天，也许是几千万年后，也许已经发生了但效应还没到达地球——天文时间尺度上，这差异实在不大。它的爆发应该不会带来大灾难，大抵只会使天空中暂时多出一颗非常非常亮的星星罢了。
银河系中有千亿的星辰，但星星之间的距离也如此遥远，在危险的近距离上出现超新星的机会实在很少。当然，就像HR 8210会运行到几万光年外那样，谁知道有一天太阳系是否会接近一颗质量很大的红巨星？……真是，谁知道呢。
New Scientist: Supernova poised to go off near Earth
Comment on the New Scientist Article
|
|
