開啟天文學（超新星）的新紀元

石春成 湖北第二師范學院 湖北武漢 430000

從古代流傳至今有嫦娥奔月等神話故事，反映了人類對于天空的向往，古代帝王更是為了能成仙升天不惜耗費巨大的人力物力，可見人類對于神秘天空的渴望，然而，事與愿違，直到近代才有脫離地球的宇宙飛船，才有系統的天文知識，而這些系統的知識，是由幾千年來人類中那些對于天文有研究的人一點一點經驗的發現與積累。

楊惟德，中國宋代宮廷天文學家，他是世界上發現超新星并記錄的第一人，超新星是目前天文學中最熱門的研究方向之一，在宋至和元年五月乙丑日即1054年7月4日，他注意到了天空中出現了一顆奇怪的星，日出前幾分鐘，一顆陌生的星升到地平線上，比天空中能見到的任何星都明亮的多仿佛天空中出現了第二個太陽，這種天文現象是種人類難見的奇觀，于是他立刻向皇帝稟報，并解釋說這是一個吉祥的預兆，然后仔細的觀察并記錄于他的書《景佑六壬神定經》中，由于當時人們知識的匱乏以及社會的背景，并沒有意識到這個奇觀的重要性，楊惟德所發現的奇觀正是現如今天文學中最熱門的方向：超新星，他所發現的是超新星中最具有代表性的一種，研究者們稱之為蟹狀星云。他的這次記錄開啟了天文學的新紀元。

哈勃空間望遠鏡2005年拍攝的蟹狀星云圖片

超新星與超新星遺跡是目前天文學中最熱門的方向，然而人們對于天文學的了解甚微，甚至只停留在對于奇觀的新鮮感，本文將從幾個問題的引入來簡單介紹一下超新星。

什么是超新星了？研究表明，某些大質量恒星，其質量超過錢德拉塞卡極限(約為太陽質量的1.38倍)，在演化到最后時期或接近最后時期時會經歷一種劇烈爆炸，我們將這爆炸的恒星稱為超新星。

超新星形成的機制是什么了？已知存在的超新星有幾種不同類型，但其形成機制都來自兩種情形：1、通過核聚變產生能量過程的終止2、通過核聚變產生能量過程的突然啟動。

圖1 .1:大質量恒星演化到后期時爆發時模擬圖

如上圖1.1所示，第一種超新星的形成機制在于恒星本身的壽命到頭了，無法通過核聚變產生能量，當大質量恒星演化到接近后期的時候，其內核無法發生熱核反應，從而無法提供足夠的能量支撐表層物質，這時候恒星就會發生引力坍縮，這個過程就相當于一種恒星的爆炸，這種機制稱之為自毀型，衰老的大質量恒星沒有了生命能量，它通過引力坍縮這種自毀的方式獲得能量，然而這種方式會使它毀滅，變成中子星或者變成黑洞。

超新星可分為哪幾類？以及它們的具體區別是什么？天文學家把超新星按它們光譜上的不同元素的吸收線來分類，最終分為兩類，I型超新星：沒有氫吸收線，II型超新星：有氫吸收線，其中I型超新星又分為Ia,Ib和Ic三個子型，Ia型超新星：沒有氫、氦吸收線，有硅吸收線，Ib型超新星：沒有氫吸收線，有氦吸收線，Ic型超新星：沒有氫、氦、硅吸收線。II型超新星又分為II-P超新星和II-L超新星。

現在認為，Ia型超新星是由致密雙星系統中白矮星爆炸而形成的，因此研究此類超新星形成的模型是一個致密雙星系統。另一種此類超新星形成的模型為兩個白矮星的直接合并，當兩個白矮星直接合并時，其質量很容易超過錢德拉塞卡極限，然而這種情況發生的概率極其低，因此考慮較少。Ib和Ic型超新星形成的途徑和II型超新星相似，都屬于自毀型，即大質量恒星演化到晚期，沒有了熱核反應提供能量，從而發生引力坍縮，其中Ib型和Ic型又存在者一定的區別，前文所提到的光譜中IbIc型超新星的區別，Ib型超新星：沒有氫吸收線，有氦吸收線，Ic型超新星：沒有氫、氦、硅吸收線，這是由于形成Ib型超新星的過程中，會受到星際風或者和周圍伴星的作用，從而失去外層，而外層是由氫元素構成的，但外層中仍保留一定數量的氦，而Ic型外層所有的物質都被強大的星風吹散掉了。II型超新星根據光度曲線的差別又分為II-P超新星和II-L超新星，II-L超新星II-P超新星在光度曲線上都有一個“高原區”。

我們為什么要研究超新星了？超新星研究似乎對地球并無影響，且用肉眼觀察到超新星貌似是不可能的事，其實并非如此，早在幾百年前，中國的一位名叫楊惟德的官員，向皇帝奏報了天空中出現了另外一顆“太陽”，1572年，丹麥天文學家第谷又發現并記錄了一顆相同的“太陽”，等等，后來研究者們總結到發生于銀河系及其衛星星系（如大麥云、小麥云）中適當位置的超新星，可以在地球上用肉眼直接觀測。超新星的爆發對地球是有影響的，研究者們規定，到地球距離為一百光年以內的超新星，我們稱為近地超新星，超新星爆發會放出巨大的光能和伽瑪射線，而伽瑪射線會和地球的大氣層發生復雜的反應，從而破壞臭氧層，那么地球上的生物也就會受到影響，具資料表明，一顆近地超新星引起的伽瑪射線暴有可能是造成奧陶紀-志留紀滅絕事件的原因，所以探究超新星以及超新星遺跡可能對人類文明的消亡有著重大的意義。