古老的超新星

張唯誠

從字面理解，人們也許會認為超新星是出現于宇宙中的一顆新的星體。其實不然，超新星是某些恒星在演化接近末期時經歷的一種劇烈爆炸。超新星爆發之際，正是恒星毀滅之時。一顆古老恒星，做出一次最閃亮耀眼的“謝幕”，百萬年后的今天，天文學家們仍能還原出它昔日的“輝煌”。

科學家推測，在大約500萬年前的上新世時期，天空中曾出現過一顆非常明亮的星，那時生活在非洲大陸上的南方古猿在大白天里都能看到它。它耀眼奪目，發著白光，比太陽暗，但比月亮亮許多。

如此推測根據何在呢?在今天，距地球很近的地方出現超新星，乃至于白天都能看到的情況很難遇到，但是在南方古猿生活的上新世時期，超新星出現得比現在頻繁。那些超新星來自于一個名為“天蝎一人馬”的星云，當時，那團星云正在緩緩地從太陽系旁邊經過，那里面有一些壽命并不長的大恒星，其中有些像“爆米花”似地爆炸了。

“天蝎－人馬”星云

今天的研究表明，爆炸的超新星如若離地球太近便會釀成滅絕物種的大災難，這并不需要它們的沖擊波來摧毀地球，只需它們散發的宇宙射線和相當劑量的紫外線便足夠了。那些宇宙射線將破壞臭氧層，地球上的生命將完全暴露在各種放射線下，物種很難逃脫滅絕的厄運。我們的祖先能在上新世幸免于難僅僅是因為那顆超新星距地球并不是太近而已。

科學家之所以能還原發生在500萬年前的那個情形是因為我們現在依然能夠看到當年的那團星云，它距地球450光年，并且還在向天蝎座和人馬座的方向漸行漸遠。美國約翰斯·霍普金斯大學的天文學家赫蘇斯·邁斯－阿佩利亞尼斯通過研究“天蝎－人馬”星云的運動情況還原了它在500萬年前的位置，他測算的最精確結果是：當時它距地球130光年。

“天蝎－人馬”星云在200萬年前依然離我們很近，那時，地球上的一些浮游生物、軟體動物和其他敏感于紫外線的海洋動物神秘地消失了，古生物學家將那個時期作為從上新世到更新世的轉折點。德國科學家曾研究過上新世時期的深海沉積物，發現當時的地球上存在者豐富的“鐵60”，這是一種超新星爆炸產生的同位素，它們是否來自“天蝎－人馬”星云的超新星呢?是否超新星殺死了那些動物?抑或只是偶然的巧合?

本宇宙泡

還原近地超新星的歷史十分困難，因為年老的超新星是難以捕捉的，它們熾熱的外殼會隨著時間的推移而逐漸模糊直至無法看見，這個過程不會超過100萬年，盡管超新星的核——中子星會存在得長一些，但由于爆炸的不對稱性，它們時常劃過銀河消失了，而那些非同尋常的鐵同位素更是隱藏在幾百萬年前的深海沉積物里難以尋覓。不過，有一樣東西會留下明顯的遺跡，科學家比喻為：“所有的爆炸都會在星云中吹起一個足夠大的泡，而我們恰好正在一個泡里面”。

這個泡被稱為“本宇宙泡”，它的形狀像一粒花生，長約300光年，里面幾乎空空如也，溫度很高，氣體極為稀薄，平均每立方厘米只有0.001個原子，比一般的星際物質稀薄1000倍，熱100～100000倍。

“本宇宙泡”是20世紀七八十年代發現的，天文學家們用光學和射電天文望遠鏡觀測銀河中的星際氣體，同時用X射線軌道衛星觀測我們四周的星空，最終他們意識到太陽系存在于一個熱的真空泡里。對于這個泡的其他大量問題，例如它有多古老?內在的構造如何?冷卻的速度有多快?科學家們迫切地希望得到這些問題的答案，這需要描繪泡內的溫度和密度，如果他們找到了一個熱點，那可能就是超新星曾經所在的位置。

恒星的葬禮

超新星是質量較大的恒星在結束生命時的“回光返照”，它釋放巨大的能量使自己陡然間變得極為明亮，于是人們便看到天空中突然出現了一顆“新星”，然而它并不是新的，只是那顆“舊星”突然間變得很亮了而已。此時這顆已在宇宙中閃耀了億萬年的恒星正在進行一場輝煌的“謝幕”，它要在短短幾天里拋掉自己身上的大部分質量，同時釋放巨大的能量。這時它傾泄掉的能量與一個年輕的恒星在幾億年里釋放的能量一樣多，于是它看上去是如此地亮，乃至于并不亞于一個星系的亮度了。

超新星爆發后所拋射的恒星外層物質會變成星云遺跡，而遺留下的星核則有可能因其質量的不同而坍縮成黑洞、中子星、白矮星或者完全被炸毀。

超新星爆發的灰燼散布在廣闊的宇宙空間里，它引發附近星云中無數新恒星的誕生，它的灰燼也將成為組成其他天體的重要材料。這些灰燼將在新一代星球誕生的過程中被吸收而變成新的行星，地球就是這樣形成的一顆行星。我們今天地球上的許多物質元素原本就來自于那些早已消失的恒星，我們日常佩帶的金銀飾品中含有來自超新星爆發時產生的金屬原子，我們身體中的鐵元素也來自遙遠時代宇宙中爆發的超新星。由此看來，超新星爆發是古老恒星輝煌的葬禮，同時又是新生天體的催生者，它是天體演化過程中的一個重要環節。

歷史上的超新星

超新星爆發時明亮的光輝曾吸引過世界許多民族先民們驚奇的視線，因此我們從世界上許多國家的史料中都能找到與此有關的記載。超新星185是人類歷史上發現的第一顆超新星。東漢中平二年(185年)，我國天文學家首先觀測到了這顆星。《后漢書·天文志》載：“中平二年十月癸亥，客星出南門中，大如半筵，五色喜怒，稍小，至后年六月消。”從記載上看，這顆星在圓規座和半人馬座之間，它在夜空中閃耀了8個月。

1054年，在距地球7200光年的地方超新星1054爆發了。根據《宋會要》的記載，這顆星呈紅白混合的顏色，亮如金星，當時的人們有23天在白天也能看到這顆星。除中國人外，日本人和美洲的土著人也記載了那次爆發事件。

超新星1054在望遠鏡被發明以前幾乎被人遺忘了。18世紀，一位英國業余天文學家約翰·貝維斯發現了一個星云，隨后被法國天文學家梅西耶收在了他制作的《梅西耶星團星云表》中，位列第一，代號M1。到了19世紀，英國天文學家羅斯勛爵將其命名為“蟹狀星云”。后來人們發現這個“蟹狀星云”在不斷擴張著，速度高達每秒1100千米。天文學家根據這一速度反過來推算它形成的時間，他們發現按照這樣的速度上溯大約900年時，這團星云剛好聚集成了一個點，于是得知這團星云就是900年前爆炸的超新星1054，它是那顆超新星爆炸后留下的遺骸。今天，“蟹狀星云”的直徑已超過了6光年，而且還在以每秒約1000千米的速度繼續膨脹著。

1604年，蛇夫座發生了一次超新星爆發，它出現的時候，其亮度甚至超過了木星，當時

開普勒對其進行了十幾個月的觀測并發表了觀測結果，所以它又名開普勒超新星。那顆超新星距地球約20萬光年，當時的人們還只能用肉眼去觀察它，因為望遠鏡的發明是4年以后的事，但是現在，人們要使用人類最先進的太空望遠鏡去目睹它正在擴張著的殘余物的真面目了。

2004年，科學家為了了解超新星殘余物的演化過程，計劃以多波長觀測獲得一幅開普勒超新星的完整圖像。他們利用斯皮策太空望遠鏡、哈勃太空望遠鏡和錢德拉X射線太空望遠鏡聯合觀測了這顆超新星爆炸以后的殘余物。然后，他們把來自這三臺望遠鏡的分別以紅外線、可見光和X射線拍攝的照片合成了一幅清晰的圖像。通過這樣的圖像，科學家了解了超新星殘余物各部分之間的復雜關系和各部分氣體的不同溫度，人們得以更清楚地觀察這顆超新星由氣體和塵埃組成的覆蓋物，那覆蓋物的寬度為14光年，正在以每小時600萬千米的速度擴張著。

根據天文學家們的估計，銀河系中每幾十年會有一顆恒星爆發，但自仙后座A在1680年爆發以來，很長的一段時間里人們再也沒有發現類似的記錄。直到2008年，錢德拉X射線太空望遠鏡提供了一些可靠數據，證實一顆編號為G1.9+0.3的超新星爆發于1868年，它刷新了仙后座A的記錄，成為銀河系中最年輕的超新星。

參宿四的末日

2004年11月20日，美國航天局發射了一顆名為“雨燕”的專門用于觀測伽瑪射線和紫外線的天文衛星。它可在伽瑪射線、X射線、紫外線和可見光多個波段上從事工作。“雨燕”升空的目的是尋找遙遠恒星爆炸的微弱痕跡。它對宇宙中的爆炸非常敏感，一旦探測到有爆炸發生，它上面靈敏的儀器便會立即轉向爆炸發生的位置并瞄準該位置以捕捉仍在持續的爆炸。

2008年1月9日，美國普林斯頓大學天文學家艾麗西婭·索得伯格和她的同事們觀測到了一種特別明亮的持續5分鐘的X射線爆發。這種爆發只能在X射線下看到，而“雨燕”衛星正好將X射線望遠鏡聚焦在了正確的區域內，從而使索得伯格和她的同事們實現了一個多年的夢想：親眼目睹一個超新星的誕生過程。他們成了首批看到恒星爆炸成超新星的人。這顆超新星離我們很遠，距地球大約1億光年。但它爆發時亮得驚人，其亮度達到太陽亮度的1000億倍，乃至于“雨燕”上的儀器也無法完美地把它記錄下來。

假若500萬年前那顆爆發于“天蝎-人馬”星云的超新星離我們更近一些，例如25光年，那么當時的南方古猿就會看到一顆比月亮還要亮許多倍的“小太陽”，地球生物也將面臨一場嚴重的浩劫。然而從歷史上看，這樣的事似乎很少發生，就我們目前所知，超新星爆發對地球物種的打擊并沒有產生災難性的后果。現在，離我們最近的有可能變成超新星的鄰近恒星是位于獵戶座的紅超巨星參宿四。在秋冬和早春的晴夜，日落一兩個小時后，你會看到這顆星從東南方向升起，位于獵戶座的右上方。有時，它會變得很亮，但多數情況下，它是暗淡的，只有明亮時的三分之一。參宿四正在衰老，其活動的節律已變得紊亂。在一段時間里，有時是幾星期，有時是幾年，它的大氣發生劇烈的變化，膨脹，收縮，溫度驟升，熱流四溢，然后冷下來，回歸平靜。在躁動的顛峰，它可以膨脹到太陽直徑的1500倍。不錯，這顆古怪的恒星已臨近爆發，它的末日將是一顆超新星。幸好參宿四離我們地球大約500光年，它的爆炸應該不會給地球帶來多大的不幸，只是到了那時，我們可能會在白天里看到一顆明亮的超新星參宿四，在夜間看到它的光芒帶來的投影。這也許是幾百萬年以后才會有的情景，也許就將發生在我們的有生之年內。(文章代碼：0402)

責任編輯龐云