當太陽變成超新星地球上的生命將經歷什麼？

分享 2020-01-19 · 網管 · 科學新知 · 點閱數：969

2020 年 01 月 13 日

超新星示意圖。（ NASA ）

至今科學家觀測到的超新星事件都距離地球非常遙遠。最近，天文學家注意到距離地球僅 600 多光年獵戶座的參宿四（ Betelgeuse ）有快要爆炸的跡象，這可能是距離地球最近的一個即將發生的超新星事件。

人們難免想像，近距離超新星事件對地球有什麼影響？如果太陽爆炸變成超新星，地球上的生命會經歷怎樣的變化？

美國天文物理學家西格爾（ Ethan Siegel ）在《富比士》（ forbes ）雜誌天文專欄上發表的博文介紹了這樣的過程：毫無疑問，地球上的生命，不僅是人類，小到微生物都將在幾秒鍾之內無一倖存。那是被炸死、高溫烤死還是被宇宙射線輻射致死？

西格爾提出了令人意外的死法：在超新星事件那絢麗的光亮抵達地球之前，所有的生命將被巨大的中微子能量襲擊在瞬間死亡。換句話說，生命將在眼見世界發生任何變化之前，已經全部滅亡。

恆星核聚變的過程

要了解這一過程，西格爾先從恆星核聚變的過程說起。科學家了解到，恆星最先使用氫通過核聚變為氦，就像我們的太陽目前所處的階段；之後將發生氦聚變為碳的過程，這個過程有幾百萬年；接著是碳聚變為氧、氖和鎂的過程；碳也用完後，將接連引發氖、氧和硅的聚變過程。

太陽在氦聚變階段之後就結束了，將變成一顆紅矮星，沒有足夠的質量啟動碳聚變。比太陽質量大很多的恆星，將有後續的階段，這些階段持續的時間越來越短，比如氖的聚變只持續大約 1 年；氧聚變大約幾個月；最後的硅聚變大約只有不到一天的時間。

當恆星內部的硅元素也耗盡的時候，內部壓力驟降，在高溫和引力的作用下，恆星坍塌，發生超新星爆發。這個過程只持續幾秒的時間。

西格爾說，超新星時刻就像一個失控的核聚變過程，恆星的內部變成一個巨大的由中微子構成的原子核，外部大量的能量瞬間注入。在大約只有 10 秒的時間內，將發出約10⁴⁴焦耳的能量。用愛因斯坦能量和質量的轉換公式 E = mc²，這相當於 10²⁷千克的質量，相當於兩個土星轉變所得的能量。

這些能量以光子射線、恆星爆炸物和中微子混合的形式發出。三種物質都能輕易毀掉周圍行星上的生命，可是西格爾說，光線要從恆星內部到表面再發射出去，有個短暫的延時；而中微子即刻向所有的方向、以光速射出，將比光更快抵達行星，而且中微子攜帶的能量占超新星爆發總能量的 99%。

在通常情況下，中微子一般不和物質發生作用。西格爾以太陽為例，地球每秒鍾接受的能量約為 4×10²⁶焦耳，約有 70 萬億個中微子穿過一個人的手掌。中微子與人體偶爾也會發生作用，由於幾率非常低，因此對人體幾乎沒有影響。

但是當恆星經歷超新星爆發的時候，西格爾說，中微子攜帶的能量將增至 10¹⁶倍，這樣算來，即使很小几率的互動也會給生物體帶來巨大的能量衝擊，足以摧毀任何生物體。

1987 年，科學家探測到 16.8 萬光年外一個超新星事件，探測器先感應到中微子射線的到來，最早的信號和最晚之間相隔只有大約 10 秒，可是在幾小時之後，儀器才探測到來自這個事件的光線。

一般的射線可以用鉛板抵擋，或者挖個很深的地洞也許可以存活。可是對於中微子，即使轉移到行星背向恆星的一面、或者躲到太陽系最遠的行星上用其他行星作為盾牌也擋不住。

因此西格爾推理出的情況是，安裝足夠敏感的探測器是可以追蹤恆星每一步碳、氖、氧、硅燃燒的過程。當人們偵測到硅燃燒階段啟動的信號後，人們只有幾小時的時間互相道別。

超新星發出的中微子射線，對於在那個恆星系統內的行星上任何角落的生命，在二十分之一秒內接受的輻射量已經致命。