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一颗恒星的爆发会如何影响地球上的生命?

  • 作者:admin    最后更新:2020-01-13 22:50    点击数:
  • 海底的岩石也许能为吾们讲述更多关于恒星爆发的故事海底的岩石也许能为吾们讲述更多关于恒星爆发的故事

      新浪科技讯 北京时间1月9日新闻,1987年2月,美国国家航空航天局(NASA)戈达德太空飞走中央的年轻钻研者尼尔·格雷尔斯(Neil Gehrels)登上了一架飞去澳大利亚内地的军用飞机。格雷尔斯携带了一些稀奇的货物:一个聚乙烯太空气球和一组他刚刚在实验室里打造的辐射探测器。他的主意地是喜欢丽斯泉(Alice Springs),一个位于北领地的偏远幼镇。在那里,格雷尔斯将行使这些设备,在地球大气层上方一窥宇宙中最激动人心的事件之一:超新星爆发,这颗超新星位于银河系邻近的卫星星系中。

      和很多超新星相通,SN 1987A宣告了一颗大质量恒星的强烈坍缩。这次爆发与多分别的地方在于,它很挨近地球;这是自1604年开普勒超新星(SN 1604)以来,距离吾们比来的一次超新星爆发。SN 1604是现在为止银河系内末了一颗肉眼可见的超新星,德国天文学家开普勒记录了这次爆发,在中国的《明史》中也有响答记载。自SN 1604之后,科学家挑出了很多题目,而要回答这些题目,就得对新的超新星事件进走更进一步的不都雅察。有一个题目是云云的:超新星的距离多近才能够熄灭地球上的生命?

      早在20世纪70年代,钻研人员就倘若,来自邻近超新星的辐射会损坏地球的臭氧层,使动植物袒露在有害的紫外线下,并进一步导致大周围灭绝。有了来自SN 1987A的新数据,格雷尔斯现在能够计算出理论上的“熄灭半径”,即在这个半径内的超新星会产生重要的影响,此外,他还能够计算出垂物化的恒星出现在这一半径内的概率。

      最重要的是,能够存在一颗离地球裕如近的超新星,它大约每十亿年就会对地球臭氧层产生一次重大的影响。不过这栽情况并不频繁发生,而且现在也异国发现会要挟到太阳系的恒星。但是,地球已经存在了46亿年,而生命展现的时间大约是地球历史的一半,这意味着在以前某个时候很能够发生过超新星爆发。题目是,这场爆发到底发生在什么时候?而且,因为超新星重要影响大气,以是很难找到实在的证据。

      天文学家在银河系周围的宇宙中追求线索,但最令人钦佩的超新星证据却来自海底。这听首来有点自相矛盾。在海底水下山脉裸露的基岩上,有一栽被称为铁锰结壳的黑色矿物在缓慢滋长——速度之慢令人难以信任。在这栽矿物的薄层组织中,记录了地球的历史,吾们能够从中获得邻近超新星的第一个直接证据。

    詹姆斯·海因在夏威夷附近搜集的锰铁结壳。尽管形式清淡,但这些岩石在科学上有偏重要意义詹姆斯·海因在夏威夷附近搜集的锰铁结壳。尽管形式清淡,但这些岩石在科学上有偏重要意义

      对科学家来说,这些关于远古超新星爆发的线索特意有价值,他们推想超新星能够在地球生命的演化过程中发挥了鲜为人知的作用,这一事件很能够是地球生命故事的一片面。为了晓畅超新星如何影响地球生命的一连,科学家必要将其爆发的时间与地球上的关键事件有关首来,比如大灭绝或演化跳跃。要做到这一点,唯一的手段就是追踪超新星爆发在地球上沉积的碎片,即在吾们星球上找到那些重要在超新星内部融相符的元素。

      稀疏放射性金属的衰变很缓慢,因此其存在就成为一颗恒星物化亡的实在证据。最有期待的一个候选者是Fe-60,一栽比通例同位素多4个中子的铁同位素,其半衰期约为260万年。然而,追求散落在地球形式的Fe-60原子并非易事,只有特意幼批的Fe-60会到达吾们的星球。在陆地上,Fe-60会被当然铁稀释,或者通过数百万年的腐蚀,首先被水冲走。

      于是,科学家将现在光投向大海底部,发现锰铁结壳中就含有Fe-60原子。这些岩石的形成过程有点像石笋:都是从液体中沉淀出来,一层一层地沉积累添,只不过锰铁结壳由金属构成,形成较汜博的壳状,而不像石笋那样是单独的尖锥体。锰铁结壳重要由铁和锰氧化物构成,也含有元素周期外上几乎一切金属的微量元素,从钴到钇。

      当铁、锰和其他金属离子从陆地冲刷到海水中,或者从海底火山口喷出来的时候,它们会与海水中的氧气发生逆答,形成固体物质,沉淀到海底或四处漂浮,直到附着在现有的硬壳上,锰铁结壳在海底岩石地带最初形成的实在过程依旧是一个谜,一旦第一层累积首来,更多的岩层就会不息堆积,享看首先可厚达25厘米。

      因此,锰铁结壳能够被当作“宇宙历史学家”,它们记录了海水的化学成分转折,包括一些能够指使垂物化恒星的元素。20世纪80年代,地质学家在夏威夷西南部打捞出了最迂腐的锰铁结壳之一,它能够追溯到7000多万年前。那时,恐龙还在地球上游荡,而印度次大陆只是南极洲和亚洲之间的一座岛屿。

      锰铁结壳的滋长是科学上已知最慢的过程之一,每百万年只增补约5毫米。相比之下,人类的指甲滋长速度大约快700万倍。因为其实很浅易,海洋里每十亿个水分子中只有不到1个铁或锰原子,它们必须招架以前洋流的拉力和其他化学相互作用的影响,才能在新一层结壳中固定下来。

    克劳斯·克尼行使从宁靖洋4830米深处采集的锰铁结壳来追踪铁的同位素Fe-60,这些结壳的厚度可达25厘米  克劳斯·克尼行使从宁靖洋4830米深处采集的锰铁结壳来追踪铁的同位素Fe-60,这些结壳的厚度可达25厘米

      与滋长缓慢的锰铁结壳分别,超新星爆发几乎是刹时发生的。在最常见的超新星类型中,恒星先耗尽氢和氦燃料,之后其中央最先燃烧较重的元素,直到首先产生铁。这个过程能够必要数百万年,但恒星的末了时刻只必要几毫秒。随偏重元素在恒星核中积累,中央变得担心详并发生内爆,以四分之一的光速将外层物质吸进中央。但是中央中粒子的密度很快就不准了内爆,引发了一场大爆炸,将一大团恒星碎片射向太空,其中就包括Fe-60同位素,有些就首先落到了锰铁结壳中。

      克劳斯·克尼(Klaus Knie)是最早在锰铁结壳中追求Fe-60的人之一,那时他是德国慕尼黑工业大学的实验物理学家。不过,他的团队既异国钻研超新星,也异国钻研锰铁结壳,而是在开发测量各栽元素稀疏同位素的手段,包括Fe-60。那时另一位科学家测量了铍的一栽同位素,而这栽同位素刚益能够用来确定锰铁结壳的年代。于是,克劳斯·克尼决定检测同相通品的Fe-60。此时他已经清新,Fe-60是在超新星中产生的。现在在亥姆霍兹重离子钻研中央做事的克尼说:“吾们是宇宙的一片面,倘若吾们找对了地方,吾们就有机会把这栽‘天体物理’物质握在手中。”

      该钻研所用的锰铁结壳也是从离夏威夷不远的海底获取的。检测首先外明,地点实在选对了。克劳斯·克尼和同事们发现有一层结壳展现了一个Fe-60尖峰,能够追溯到大约280万年前,这标志着那时一颗邻近恒星的物化亡。这一发现具有重要的意义。这是在地球上能够找到超新星残余的第一个证据,正确指出了邻近宇宙中上一次超新星爆发的大致时间(倘若有更近的事件,钻研人员能够就会发现更近的Fe-60尖峰)。不过,该发现也使克尼挑出了一个兴趣的演化理论。

      按照锰铁结壳中Fe-60的含量,克尼推想超新星爆发的位置距离地球起码100光年。这个距离是臭氧层能够被损坏的距离的三倍,但已经足以湮没地转折云层形成,从而转折气候。固然280万年前异国发生过大周围物栽灭绝事件,但实在发生了一些强烈的气候转折,而这些转折能够促进了人类的演化。大约在谁人时候,非洲的气候变得干燥,导致森林萎缩,取而代之的是大片的草原。科学家认为,这栽转折能够促进了吾们的原首人类先人从树上下来,首先最先用两条腿步走。

      这个思想,和任何年轻的理论相通,依旧是推想性的,也有学者对此持指斥偏见。一些科学家认为,Fe-60能够是由陨石带到地球上的,而另一些科学家则认为,数百万年前的这些气候转折能够用温室气体浓度消极,或南北美洲之间的海洋通道关闭来注释。不过,克尼等人的钻研实在为科学家挑供了新的工具,使他们能够确定通过地球附近的其他能够更迂腐的超新星的年代,并钻研它们对地球的影响。菲尔兹外示,吾们能够行使这些颜色黑淡、滋长缓慢的岩石来钻研恒星爆发的迅速发光形象,这相等了不首,而在异日,它们为吾们讲述更多的故事。(任天)

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