书城科普读物科学我知道-Why太空
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第33章 超新星是怎样产生的?

在晴朗无月的夜晚,当你抬头仰望那漫无边际的星空时,如果你注意到在以前没有星星的地方,突然冒出一颗明亮无比的星,在它面前,著名的天狼星变得暗淡无光,耀眼的“太白金星”也不能与之匹敌,甚至太阳的光辉也不能将之压倒,那么你所见到的那颗星就是一颗超新星。

说到这里,大家也许会纳闷:平白无故怎么会突然多出一个叫做“超新星”的星呢?这是怎么回事呢?其实,超新星并不是新生成的恒星,它们是原本早就存在的恒星。要想弄清什么是超新星,首先我们要先知道什么是新星。

在整个宇宙背景很暗的情况下,有些星星我们用肉眼是根本看不到的,甚至用—些大的望远镜都看不见。由于某种原因,这种恒星突然产生了爆炸,亮度一下子增长了上万倍,随后又逐渐变暗,这种星星,叫做新星。其中,我们把那些爆炸时亮度超群出众的,称为“超新星”。

大家也许会问,超新星既然是恒星爆炸时形成的,那么恒星为什么会爆炸呢?

为了解决这个问题,就需要了解一下恒星的演化过程。大家都知道,一个人总要经历诞生、成长、衰老直至寿终的一生。同样,自然界的动物、植物也是如此。那么,天上的星星又怎么样呢?也不例外。它们也要经过从生到死的过程,具体可以分为“早期形成”阶段、“中年”阶段和“晚年”阶段。所谓“早期”是指恒星开始形成的时候;“中年”指恒星相对稳定的时期。我们每天所见的太阳现在就处于“中年”阶段,所以它的光度基本不变。而当恒星迈入“晚年”阶段后,它就处于一种很不稳定的状态。是什么原因造成了这种结构的不稳定呢?许多科学家对此进行了猜测和设想,有人认为进入晚年的恒星,就像一个物体由于内外受力不平衡,晚年恒星就会被迫改变形状。由于星星要发光,它就必须消耗自身的能量。当它内部“燃料”逐渐被消耗时,它所能利用的也就越来越少。这样就使得恒星向外放出的能量大大减少。这一下可不得了,本来向外的压力和向内的引力是平衡的,而这时向外的压力大大减少,巨大的引力因此而失去抗衡,就像房屋突然断了横梁和支柱一样,就会向中心猛然“坍缩”下去。结果,中心区域的物质被挤压得十分厉害,于是从恒星内部放出巨大的能量。一种被称作“中微子”的粒子流,就像超级飓风一样把恒星摧毁。而这个过程所需要的时间非常地短,不到一秒钟,瞬时温度可高达万亿(1012)K。很难想象这个过程是如此迅猛,放出的能量如此之大,于是,我们就看到了它突然变亮的过程。这就是超新星爆炸的原因和过程。

现在我们该来理解超新星的“超”字了。前面我们虽然说了它比新星还亮,但究竟怎么个亮法,也许我们头脑里还不是很清楚。我们说,超新星前头冠之以“超”字,是当之无愧的。那是因为它是迄今为止,人类所知道的宇宙中最大的“爆炸事件”。它在爆炸时可以把本身质量的百分之一到十分之一抛到空间中去,并以每秒钟1万千米的速度飞驰。它放出的能量最大可达1017倍太阳每秒钟所放出的能量!数字之大,令人头晕目眩;能量之高,令人难以想象。从光度上说,它比新星还要亮1万倍。在我们太阳系所在的银河系中,它可算是最亮的星星了。但比较遗憾的是它很少出现,也许几百年才有一次。

关于超新星,人们已经发现了许多,但对它形成的原因,却仍然处于猜想阶段。究竟是什么原因使晚年的恒星产生了大爆炸,这还是一个没有答案的谜。

天文学家们认为“超新星”与生命有关,若没有超新星,就不会有人类,地球上就没有了生命,而地球本身也不会存在。在宇宙刚刚诞生时,只有氢和氦这两种最简单的元素存在着(当然,不会有人观察到这一点,但科学家们为证实这一论点想尽了一切办法,尽管有争论,具体细节上又很难肯定,我们会在后面详细地讨论它。)早期的星体是由氢和氦组成的,但星体核心有可能存在着更为复杂的微粒,如二氧化碳、氧、氮、硅等甚至其他更为复杂的元素,如铁。即使一颗星体变成了红色巨星,而后又塌陷了,这些元素也仍然能留在聚缩的核心里。

只有当“超新星”发生爆炸时,这些复杂的元素才能散射到空间里,并同宇宙中的气状云雾混在一起,形成尘埃。当一颗星体从这样的“被污染过的云”中生成的,就形成了“第二代星”,它们的组成中包含着这些复杂的元素。太阳就属于“第二代星”,地球上每个原子及我们身体内的每个原子都曾是爆炸的星体核心中的一部分。没有“超新星”太阳系可能只有氢和氦,地球和它上面的生命也不会存在。

大约46亿年前,太阳系由含复合原子的尘埃和气体云层形成。而这些复合原子已在星体内部演变发展,通过超新星的爆炸扩散到了空间。上述的云层也已存在了几十亿年。那么,它们是在什么情况下收缩和凝聚的呢?我们确实不太理解这一问题,有人猜测:一颗近距离的“超新星”释放出来的气浪迫使着自身靠近最近的云雾,随之进一步收缩,最终形成了太阳系,其中包括太阳和地球。若这一猜测是真实的,就能进一步说明没有“超新星”就没有太阳系的道理。

这里,由于各种因素,使有机体产生有异于它自己繁衍的最重要和最本质的原因是宇宙射线这些射线就是由“超新星”爆炸产生的。地球上的生命之所以跨越过细菌阶段而演变就是基于这个原因。