250萬年前,一顆超新星在地球附近爆發,許多生物命運迎來轉折

2020-10-14 姿勢分子knowledge

宇宙是美麗的,也是危險的。在宇宙中,每天都有極其可怕的事情發生,比如伽馬射線暴、黑洞吞噬、緻密星併合、超新星爆發。

這些宇宙事件每一個都攜帶著極其巨大的能量,足以讓地球生物滅絕。不過值得慶幸的是,它們並沒有發生在地球附近。或者說,我們是幸運的,因為這些事件發生在地球附近的時候,我們還不存在。

科學家最新研究成果表明:在大約250萬年前,地球附近發生了一次超新星爆發,這導致了地球環境的劇變,也給地球生物帶來了命運的轉折

鐵-60的秘密

實際上,在此之前,科學家們就一直相信250萬年前發生過這次恐怖的事件,但苦於沒有找到確切的證據。

我們知道,超新星爆發是宇宙中最劇烈的天體現象,是一顆大質量恆星死亡的方式。超新星爆發伴隨著極其巨大的能量,以及速度達到光速級別的粒子。因此,如果一顆行星離超新星太近,將會遭受到毀滅性的打擊。

除了給行星帶來深重的災難以外,超新星還會給行星留下許多它存在過的痕跡,那就是許多元素的同位素。去年的時候,科學家們在南極就發現了一些不同尋常的同位素,那就是鐵-60。我們知道,鐵的原子序數是26,一般原子核內還有30個中子,構成了最最常見的鐵-56。但是,也有一些鐵原子核內有更多的中子,形成了Fe-54、Fe-57和Fe-58等同位素。

除了上述幾種同位素外,還有一種同位素非常特別,那就是鐵-60。它並不會在地球的環境下存在,而是只能形成於極其嚴苛的條件下,比如超新星爆發這樣的宇宙事件中。鐵-60的半衰期為260萬年,可以確定,地球早期的鐵-60早已經衰變為鎳了。如今在南極發現的這種同位素,勢必是最近幾百萬年內剛剛形成的。

因此科學家們得出結論:南極的鐵-60來自於250萬年前的一顆超新星。

對鐵-60的質疑

推論是合理的,但是想要下定論還為時過早,因為僅僅一個證據很難讓人對某個推論堅信不疑,何況人們對此也有質疑。

天文學家們發現,漸近巨星(AGB星)也可以產生鐵-60。這是所有質量在太陽0.6-10倍之間的恆星在演化末期都勢必要經歷的一段時期,外表看起來像是紅巨星,但實際上已經過了紅巨星階段,即將彌散成為行星星雲。

在這個過程中,也會有鐵-60的出現。因此,雖然天文學家發現了鐵-60,但他們還有一個問題需要解答,那就是這些同位素到底來自於超新星爆發還是漸近巨星。

最近,他們終於找到了另一個證據,排除了第二種可能。

錳-53的舉證

來自慕尼黑工業大學的Gunther Korschinek博士最近在《物理評論快報》雜誌上發表了他最新的發現,同位素錳-53的存在,證明了250萬年前那顆超新星的身份。

(圖片說明:鐵錳結殼)

他的這個發現,來自於一種名叫鐵錳結殼的礦物。這種礦呈棕色,看起來像是巧克力蛋糕。它們通常來自於海底,是海水中的鐵和錳在漫長的歲月裡沉積形成的。由於它們是隨著時間的推移而一點點沉積的,因此也記錄了海洋中化學物質變化的完整歷程。就是在鐵錳結殼中,Korschinek和他的團隊不僅發現了鐵-60,也發現了錳-53。

和鐵-60不同,錳-53是無法在漸近巨星中合成的。因此,當兩種同位素一起被發現的時候,答案就只有一個了——超新星爆發

(圖片說明:本次研究發現的鐵錳結殼樣品)

鐵證如山

他們發現的鐵錳結殼來自於2000萬年前,記錄了這一段歲月裡地球經歷過的氣候變化。正是在這塊石頭上,研究人員發現了形成於大約250萬年前的那一層中所富含的鐵-60和錳-53。

想要檢測這些同位素並不容易,他們甚至不得不對單個原子進行分析。為此,他們採用了一種名為加速器質譜儀的設備,這種設備在區分同位素方面有著非常強的能力。憑藉著加速器質譜儀的強大功能,研究人員從錳-55中發現了相對原子量只有53的同位素。

(圖片說明:圖像顯示,250萬年前的錳-53和錳-55的比例有明顯的提高,證明了超新星的存在)

僅僅發現錳-53並不值得慶幸,因為根據科學家的理論,偶爾有一些來自宇宙的錳-53落在地球表面也不是什麼稀奇事。但是,研究人員在這塊巖石中發現的濃度已經遠遠超過了這種可能性,因此它的來源只可能是超新星爆發。而且,憑藉錳-53的濃度,研究人員還可以推測出那顆超新星的大小。

Korschinek指出:雖然檢測到的錳-53原子數量非常少,但是加速器質譜儀的驚人敏感度仍然向我們透露了很多秘密。他們在利用分析結果進行計算後發現,250萬年前的那顆超新星質量在太陽的11-25倍之間。如此大的質量,使得它在爆發時釋放出了驚人的能量,並且將各種自然界無法產生的同位素帶到了地球。

那麼,除了這些同位素,它還給地球帶來了哪些影響呢?

災區的地球

今天的地球依然生機勃勃,科學家們也沒有發現過250萬年前的生物大滅絕事件,看起來我們地球似乎沒有受到太多影響。的確,由於距離相對比較遙遠,所以並沒有直接給地球生物帶來致命的打擊。

但是,這絕不意味著地球能夠完全安然無恙地度過這段時期。

研究人員認為,雖然鐵-60和錳-53沒有什麼傷害,但是這顆超新星爆發產生的輻射仍然改變了地球的氣候。在那一段時間,地球的雲量可能會大幅增加,遮住了太陽光,最終引發了最近的一次冰河期。巧的是,這一次冰河期的開始時間,恰好是大約260萬年前,與超新星爆發的時間比較吻合。

更加值得注意的是,這顆超新星,很可能不是孤獨的。

本星系泡

研究人員認為,這顆超新星可能來自於本星系泡中眾多超新星中的一個。本星系泡是位於銀河系獵戶旋臂上的一個直徑至少有300光年的星際結構,被認為是幾十萬或者幾百萬年前多顆超新星爆發將大量物質推開後留下的區域,我們的太陽系已經在這裡穿行了幾百萬年

想要穿行這300光年不是一件容易的事情,太陽系還將在本星系泡中逗留很長的時間。這裡的環境和超新星對地球有什麼影響,我們還需要拭目以待。

有人認為,250萬年前的超新星爆發滅絕了地球的巨型海洋動物;也有人說,這次超新星爆發促使人類的祖先開始雙足行走。

從目前仍然生機勃勃的地球生態圈來看,250萬年前的超新星爆發只是一次隔岸觀火,但是如果距離近一點,恐怕地球生物就沒有那麼好的運氣了。研究人員認為,地球平均每8億年就會經過一次這樣疑似的超新星爆發區。下一次地球有沒有那麼幸運,我們就不得而知了。

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