2012超新星爆发毁灭地球?

2011-12-06编译季明

大自然探索 2011年6期

编译季明

2012超新星爆发毁灭地球?

编译季明

如果你被告知，在距离地球不远的地方，有一颗恒星可能“很快”以“10亿的10亿倍的10亿倍再乘以20”的百万吨梯恩梯的能量发生一次超新星爆发，届时“地球的臭氧层有可能被剥离”，你将作何感想？你自然会忧心忡忡，产生“世界末日”即将降临的无比恐惧感。然而，这是一条十足的假新闻。

媒体造假

2010年1月，美国天文学会大会在美国首都华盛顿举行。一如以往，一些世界顶尖级的科学家在会上公布了他们的尖端研究结果，其中有些内容哪怕只是听起来就够吓人的了：类似超新星和伽马射线爆发之类的事件不仅会烧掉你的眉毛，还有可能毁灭整个地球！美国天文学家爱德华·西恩在这次大会上公布了他的团队的一项研究成果。这项成果暗示，被称为“罗盘座T星”的一个双星系统将爆发成为一颗超新星，而且是Ia类型的超新星。由于罗盘座T星距离地球只有3260光年，研究者推论：这一超新星爆发有可能会伤及地球。

罗盘座T星是由一颗白矮星（参阅《背景知识：白矮星》）演变而成的。白矮星从自己的伴星吸收气体，当吸收的气体数量到达一定极限时，以新星的形式引爆，这种恒星爆发最终会留下完整的恒星。观测发现，直到40年前，罗盘座T星一直都是一颗再发新星（或称复发性新星），大约每20年“发作”一次。可是，西恩发现，自1967年以来，罗盘座T星停止了“发作”，这引起了他的研究兴趣，他带领他的团队就此进行了研究，并在这次大会上报告了上述研究成果。

由于西恩团队的研究成果带有很大的纯学术揣测成分，因而遭到了其他科学家的高度质疑。一位著名天文学家当即对“罗盘座T星可能很快爆发”的说法提出了质疑，他认为西恩很可能错误地计算了罗盘座T超新星可能会给地球造成的损害，而误算的原因可能是西恩错误地引用了3260光年外一次致命得多的伽马射线暴的数据。这位天文学家还十分肯定地指出，罗盘座T星不会产生伽马射线暴。事实上，伽马射线暴只会在一种情况下，即当一颗大质量恒星到达生命末期、在自身引力下坍塌成为沃尔夫-拉叶型星时才会发生（沃尔夫-拉叶型星的质量超过太阳质量的20倍，并以极强恒星风的形式，以每秒最高可达2000千米的速度迅速丢失其质量）。而一颗超新星要对地球造成如西恩所说的那种损害，它必须比罗盘座T星距离地球近得多（大约为罗盘座T星与地球距离的1/10）。

白矮星

罗盘座T星爆发成超新星（想象图）。罗盘座T是位于罗盘座的一个双星系统，距离地球大约3300光年。它包含一颗类太阳恒星和一颗白矮星。由于白矮星的强大引力作用，它从类太阳伴星吸走物质，由此引发周期性热核爆发。

白矮星也被称作简并矮星（在物理学中，简并是指被当作同一较粗糙物理状态的两个或多个不同的较精细物理状态），是主要由电子简并物质构成的一种小恒星，密度很大——白矮星质量与太阳相当，个头却只有地球大小。白矮星的微弱亮度来自于其所存储的热能的释放。2009年1月，科学家在距太阳最近的100个恒星系统中辨认出8颗白矮星。由于白矮星异乎寻常的暗弱亮度，直到1910年才被科学家首次认识到。

白矮星被认为是一些恒星的最终演化状态，这些恒星质量不够大，因而无法爆发成为超新星，这样的恒星占银河系恒星数量的97%。当一颗低质量或中等质量的主序星（处于壮年期的恒星）完成氢聚变的生命阶段后，它将膨胀成一颗红巨星，通过氦过程（3个氦原子核转换成碳原子核的过程）将内核中的氦聚变成碳和氢。如果红巨星质量不足以产生聚变碳所需的内核温度，内核中就将堆积惯性质量的碳和氢。在抛弃自己的外层形成行星状星云后，恒星就只留下内核，这个内核形成白矮星残骸。因此，白矮星通常由碳和氢组成。另有一种可能——内核温度足以聚变碳但不足以聚变氖，这种情况下就可能形成氧-氖-镁型白矮星。此外，双星系统中的质量损失最终可能形成氦白矮星。

白矮星内部的材料不再经历聚变反应，白矮星因此不具备能量源，也不被核聚变产生的热能支撑以抵御引力坍缩。白矮星只被电子简并压力支撑，这导致白矮星极为致密。简并物理为不旋转的白矮星限定了一个质量最大值——大约为太阳质量的1.4倍，超过这个质量白矮星就无法再被简并压力支撑。当一颗碳-氧型白矮星（通常通过来自伴星的质量转移）而达到这一质量极限时，它就可能在一种被称为碳引爆的过程中发生Ia类型的超新星爆发。

白矮星在形成时非常炽热，但此后因为失去能量源而逐渐辐射掉自己的能量，从而降低温度。这意味着白矮星会变得越来越显红色。经过一段很漫长的时间后，白矮星将变得非常暗淡而不再可见，变成一颗冷黑矮星。不过，由于白矮星的年龄不会比宇宙年龄（大约137亿岁）更老，甚至最古老的白矮星也至今仍在辐射能量，所以科学家认为并不存在黑矮星。

如此看来，有什么可以让人惊慌失措的呢？没有，确实没有。然而，英国《每日电讯报》在获悉此消息后，竟立即以《超新星爆发将“毁灭地球”》为题进行了报道，由此引发一连串爆炸性反应。事后，经参加了这次天文学大会的科学家证实，《每日电讯报》这篇文章内容的90%都是夸大的。英国大众天文协会副会长也就此事发表声明说：“这颗恒星（罗盘座T星）或许会很快成为超新星，但这个‘很快’（天文学上的说法）可能仍然离我们很遥远，所以我们不必庸人自扰。”具有讽刺意味的是，《每日电讯报》在其文章的结尾处还引用了这段话。

《每日电讯报》一向以“严谨”自诩，这一次却出丑了。稍后，《每日电讯报》网站自动删除了这篇文章。

参宿四爆发，向太空抛射巨量材料（想象图）。这颗超巨星直径超过内太阳系直径，因此火星轨道将很容易被纳入参宿四的爆发影响范围。观测结果第一次显示，巨大的泡泡正在参宿四表面上下翻滚，巨大的气柱伸入太空极远的距离。

参宿四的收缩

长期以来，科学家对于像参宿四这样的明亮恒星究竟是怎样向太空抛撒物质感到好奇。直到2009年8月，他们才发现参宿四表面竟然在沸腾。射电望远镜观测结果显示，参宿四表面有巨型泡泡状结构。这也是首次部分揭示除太阳之外另一颗恒星上表面的气体运动。

科学家发现，这些巨型泡泡中有一些竟然和参宿四本身一样大，它们在参宿四的大气层里剧烈地上下移动。科学家尚不清楚这些泡泡的来源，但提出了一种释放气体和重元素进入太空的可能机制：这些材料成为构建新恒星和新行星的原材料。

2009年 6月，有科学家报告说，参宿四在过去15年里缩小了15%。当时，科学家猜测始作俑者是参宿四表面的巨型对流单体。现在一些科学家相信，参宿四表面的巨型泡泡实际上是正在从这颗恒星表面猛冲向太空的物质团块。

反复炒作

其实，“超新星爆发毁灭地球”也不是什么新鲜话题，但凡可以和地球扯上关系的超新星爆发都会成为一些西方小报炒作的对象。2011年1月，一颗名为“参宿四”的星就成为媒体的又一炒作目标——一些西方国家媒体当时争相报道：天文学家警告说，猎户座恒星参宿四可能会很快爆发成为一颗超新星，时间最早可能在2012年，届时地球有可能遭遇末日危机，甚至被灭绝！

又是2012！又是“地球末日”！我们暂且把“2012世界末日”的“参宿四版本”的真伪放在一边，先来了解一下参宿四是一颗什么样的恒星。

参宿四是夜空中亮度第八的星，也是猎户座中第二亮的恒星。参宿四看上去有点发红，作为一颗变星，它的视星等在0.2到1.2之间变化，在一等星中的变化幅度最大。

参宿四被归类为一颗红超巨星，它不仅是迄今已知最大的恒星之一，也是最亮的恒星之一。如果它位于我们所在的太阳系的中心，它的表面将超过小行星带，甚至超过木星轨道，完全吞没水星、金星、地球和火星。然而，根据科学家在20世纪对参宿四的距离所做的估计——它距离地球180～1300光年之间，要想准确计算它的直径、亮度和质量则很困难。目前科学界普遍接受的估计值是，参宿四距离地球大约640光年。

自1920年以来，科学家运用一系列望远镜来测量这颗巨无霸恒星，但由于每次测量的技术参数都不同，因此常常产生互相矛盾的结果，导致参宿四至今都是一颗谜星。让情况变得更复杂的是，参宿四拥有一个通过质量损失形成的复杂而又不对称的包层，其质量损失的形式是从参宿四表面喷射巨大的气柱。还有证据甚至显示，在这个气体包层内部有伴星围绕参宿四运行，而参宿四的古怪行为或许正与此有关。

科学家相信，参宿四的年龄只有1000万岁，但这颗恒星演化得很快，目前正处在恒星演化的晚期阶段，预计在未来100万年内将以II型超新星形式爆发。由于参宿四与地球之间的距离据推测在640光年左右，它有可能早已成为一颗超新星，只是其光线至今还没有到达地球。

人们自古就注意到了参宿四和它的红颜色，古希腊天文学家托勒密将参宿四的色彩描述为“微红”。在现代科学革命出现之前，历史与天文总是以神话和星象的形式交织在一起，参宿四也不例外，在古老神话中它被视为死亡和重生。

1836年，英国天文学家赫歇尔爵士首次对参宿四的亮度变化进行了描述。赫歇尔注意到，从1836～1840年，参宿四的亮度增加，然后下降；从1849年起，又出现了一个较短的变化周期，至1852年达到峰值。后来的观测者记录到参宿四异乎寻常的亮度最大值，中间间隔了好几年，但在1957～1967年之间变化又很小。

在夜空中很容易找到参宿四，这是因为它看上去距离著名的猎户座腰带很近，凭肉眼看去参宿四的橘红色又很显眼。在北半球，从每年1月开始可见参宿四在太阳刚落下后从东方升起。到3月中旬，参宿四在夜空中位于正南，在悉尼、布宜诺斯艾利斯和开普敦等南半球大城市均可见它以几乎49°角升起在地平线上方。到5月，日落后在西方地平线上空可以短暂地见到参宿四。

对参宿四现有的了解暗示，作为一颗脉动变星，参宿四的外层逐渐扩张和收缩（参阅《背景知识：参宿四的收缩》），导致它的表面积（光球层）交替增大和减小，表面温度起伏变化，从而导致其亮度呈现有节奏的改变——脉动。

像参宿四这样的红超巨星之所以会脉动，是由于它们的恒星大气层具有内在的不稳定性。随着恒星收缩，它们吸收越来越多的经过它们的能量，导致大气层受热膨胀。反过来，随着恒星膨胀，其大气层密度降低，使得能量逃逸和大气降温，于是引发一个新的收缩周期。

参宿四除了是天空中已知最大最亮的恒星之一，同时还是已知最轻盈的恒星之一。参宿四的半径估计为5.5个天文单位，也就是太阳直径的差不多1180倍。参宿四的体积是如此之大，乃至装得下超过2.15×1015个地球或超过16亿个太阳，如果把参宿四浓缩到一个巨型足球场（例如伦敦温布尔顿体育场）大小，那么太阳就只有一只芒果大小，而地球的直径不过是1毫米而已。

参宿四不仅光球层很大，它还被其巨大而复杂的包层所环绕，光线要花三年时间才逃得出这个无比庞大的包层。虽然参宿四的体积超过太阳大约16亿倍，其质量却只有太阳的18或19倍，而且自诞生以来，它已经损失了1到2倍太阳质量的自身质量。如此算来，参宿四的平均密度只有地球海平面空气密度的差不多1.286× 10-5。这个密度是如此虚无，以至于要飞到地球大气的夜光云之上才能体会到如此稀薄的密度（夜光云是一种很稀薄的云，由水冰晶体构成，位于地球大气上层的极地中层云的“边缘”，仅在晨昏时分可见）。正因为参宿四是如此的轻飘，它常常被科学家称为“炽热的红色真空”。

参宿四的未来会怎样呢？科学家认为这取决于它的质量，而他们对于这个很重要的参数至今不是很了解。最可能的情况是，这颗超巨星将继续燃烧并聚合元素，直到其内核完全是铁，届时它将以II型超新星形式爆发，在爆发过程中，恒星内核坍缩，最终留下一个直径约为20千米的中子星残余。有科学家预测，这种爆发将释放1053尔格（功和能的单位）的中微子，这些中微子将在大约一小时后穿越参宿四的氢包层，然后在好几百年后抵达太阳系。以目前与地球的距离来看，参宿四爆发时，其亮度有可能超过夜空中的月亮，因此在白天的光线之下也轻易可见。

参宿四可能在什么时间发生爆发呢？考虑到参宿四的大小类型，科学家预计这颗超巨星相对于自己的年龄来说可能很快就会爆发。而要想确定超新星爆发的具体时间，就必须首先破解参宿四的质量损失这个重要谜题。根据目前掌握的情况，参宿四的爆发预计会出现在下一个100万年里，也有科学家估计可能最早在下一个千年里，这个估计的依据是在猎户座分子云复合体的恒星际介质中观测到的异常特征，这些特征暗示那里在最近的过去发生过多次超新星爆发。

还有一个问题：参宿四爆发会对地球产生什么样的影响呢？科学家指出，由于参宿四的自转轴并非指向地球，所以其超新星爆发不会把大量伽马射线暴送至地球方向，因而不可能造成地球生态系统的毁灭。

天狼星（图④）是夜空中最明亮的星，但它与参宿四（图⑤）相比就太渺小了。天狼星和参宿四在每年中相同的时间穿过天空。（星之大小比较示意图）

不必担心

既然科学家已经讲清楚了参宿四爆发不会造成地球毁灭，可它为什么仍然成为继罗盘座T星之后媒体的又一炒作目标？这是因为参宿四拥有如下一些特征：首先，它是一颗濒死的恒星，目前正处在死前的悸动阶段，正在把巨大的气泡抛向太空；第二，作为一颗大质量的红超巨星，它最终会以超新星形式引爆自身；第三，它距离地球“只有”640光年。所有这些特征加在一起，足以让它进入西方小报的头条标题。下面，就让我们回过头去看看这一假新闻是如何出笼的。

2011年1月，澳大利亚一家媒体报道：科学家称，今年（或者明年，也就是2012年）地球上的人们可能很快将看到一颗最明亮的恒星爆炸成超新星，它产生的有史以来最明亮的光影展示将使黑夜变得犹如白昼，如同天空中出现了两个太阳。它一旦爆发，《星球大战》中的所有狂野梦想都会成为现实。《星球大战》是好莱坞著名科幻系列大片，在其《星球大战之新希望》中，天行者看到塔图双星（天行者家族的故乡行星）自天空落下。

这一报道立即引起了众多媒体的关注，而一些媒体在传播相关“新闻”时，干脆直接与“2012世界末日”传言联系了起来。一时间里，很是热闹。事实上，参宿四上新闻也不是头一回。2009年就有报道说，有研究认为这颗恒星正在收缩，但研究者同时指出这种缩小可能是自然周期的一部分，也可能是因参宿四本身的不对称形状引起的。尽管这样，一些末日论者和媒体还是尽情驰骋自己的想象力，并最终演绎出了“一场空前大爆炸近在眼前”的闹剧。

显而易见，“2012年，超新星爆发毁灭地球”不过是末日论的又一版本而已。针对“参宿四即将爆发”，“天上会出现两个太阳”的种种传言，美国著名天文学家、伪科学论质疑者菲尔·普莱特指出：“参宿四某一天会爆炸，这是没得说的。但它离我们太远，因而伤害不了我们。一颗超新星要用光线或其他东西烤我们，它距离我们就不能超过大约25光年，而参宿四比这个距离远25倍，也就是说它对我们的伤害力降低到六百分之一。这样的恒星不可能发生伽马射线暴，我对此一点也不担心。在那样的距离上，参宿四会变亮，会亮得像满月，如果你直视它，会伤到你的眼睛，但仅此而已。有人说什么它会变得和太阳一样亮，这就大错特错了，它连太阳亮度的十万分之一也达不到。它会不会很快就爆发？几乎可以肯定不会。”

地球可能面临的十种危机

虽然我们没有任何理由相信什么“世界末日”，但被一些末日论者无限夸大的危机阴影也的确应当引起足够的重视。现在，就让我们来看一看地球可能面临的一些危机。

信息超载

随着有人在自己身体内植入芯片，一些“未来学家”预测，人和机器将在2045年完全融为一体，已知的世界届时将荡然无存。主流科学界认为，就算人和机器最终融为一体，真正的人类也不会被最终取代。

基因超人

随着基因技术的进步，经过基因改造之后拥有超常心智与体力的超人将可能在未来出现。主流科学界认为，这种可能性较大，但“超人” 社会不可能取代正常社会。

外星瘟疫

火星陨石已经带着疑似微生物登陆地球，有人担忧外星病原体最终会灭绝地球生物。主流科学界认为，这种可能性很小，因为迄今仍无证据表明太空病原体在地球上的疾病中起了作用。

超级炸弹

利用反物质或许最终能造出超级核弹，超巨型粒子加速器最终也可能造出黑洞。不过，造出反物质核弹的时间还遥遥无期，而理论上也不可能造出产生黑洞的超巨型加速器。

暗物质团

暗物质至今未被探测到。理论上说，暗物质可能甚至已经在历史上对地球造成过重创。就算真的这样，生命延续至今也足以证明生命能挺过“暗物质之灾”。