超新星爆炸，地球或现双日

文|陈壮叔

超新星爆炸，地球或现双日

文|陈壮叔

从现在开始的100年内，参宿四将发生大爆炸，届时我们将有可能看到自地球诞生以来最耀眼的光芒，犹如天空中出现了两个太阳。

今年1月以来，不少媒体都报道，今年我们有可能看到一颗恒星（参宿四）的大爆发，届时天空中犹如出了两个太阳。之后各界又纷纷辟谣。这到底是怎么回事呢？

宇宙中的万物，皆有其发生、发展和死亡的过程，即使是万物赖以生长的太阳，也不能幸免。夜空中的点点繁星，皆为一个个的太阳，它们是如何形成的呢？

宇宙组成的极大部分是氢，约占宇宙物质的70%。在引力的作用下，氢原子变成巨大的氢云块，逐渐形成团，进而收缩形成恒星，此时其星核的温度已高达107k（k为极时温度，0k对应为-273℃，这意味着分子停止运动，不再产生热量）。这一高温从何而来？无非是巨大尺度的氢云，变成相对小得多的太阳，使其引力能转变成热能。此时恒星中心引发了热核巨变，即氢的燃烧，经此而聚变成氦。核反应产生的高温，将使星球物质向外膨胀，而它们自身的引力却要把它们拉向中心，这两者的抗衡，保持了星体的平衡：恒星的氢燃烧过程十分稳定，也最持久，故天文学家把恒星的这一过程称为主序星阶段。我们的太阳目前正是处于这种状态。我们在夜空中所见的繁星，90%属主序星。

当恒星的氢燃料耗尽，其中心留下了一个氦球，此时中心的密度增大到10000g/cm3（水的密度为1g/cm3），而温度升高到1亿℃；相比之下，太阳中的密度为100g/cm3，温度为1400万℃，可见目前太阳的情况对人类而言要温和得多。那么到了那时，人类将如何生活？没有人会认真地去考虑这个问题，除非科幻小说，因为太阳作为一颗主序星，还有50亿年的寿期。

再说恒星中的氦球会有何变化。天体的演化似乎早有约定，氦就只有在上述高密、高温的条件下才会引发核燃烧，它的燃烧阻止了其自身的引力塌缩。不过事实上，这时恒星的体积不是缩小，而是扩大了。原来前期氢燃烧时还有残存的氢，它们皆浮在星球的外层，而此时的温度足以引燃氢气，致使它们膨胀，形成一个很大的壳层，此时恒星的体积可能会膨胀到原星体的10倍。由于恒星发出跟过去同等程度的光，但因体积的大增，单位面积上的发光度大为降低，它不再是阳光般的白色，而是红色，故此种恒星被称为“红巨星”。

当一颗太阳般质量的恒星，在燃尽氢，继而氦聚变成碳后，还将经过几个不稳定阶段，最终将演化成密度很大、体积很小的致密星，这种星被称为“白矮星”，其密度达106~109g/cm3。至此，它不再进一步地塌缩，这是由于星体物质越挤越紧，最终产生了所谓的电子简并效应，它阻止了引力的向心压力，从而保持了白矮星形态上的平衡。白矮星将一直存在下去，慢慢地散发其热量，直至完全冷却，变成一颗被称为冷星的“黑矮星”，但宇宙中还未出现过这般星球，因为冷却所需的时间远大于宇宙目前的年龄。

并非所有的恒星皆有这样的归宿，若恒星的质量5倍于太阳，情况就大不一样了。

当大质量恒星的核燃料耗尽后，即使是电子简并效应，也阻挡不住其自身的引力塌缩，此时星核物质将进一步压紧，致使原子中的电子挤入原子核内，它跟质子结合而变成中子。至此，星核完全由中子物质组成，形成了密实的中子星。若恒星的质量很大，中子之间产生的简并效应也无法挡住自身的引力塌缩，恒星将被挤压成一个小点，从而变成与世隔绝的黑洞，因为连光线（更不用说物质）都无法逃脱其极强烈的引力场。这些致密星体是大质量恒星的终结。

这里还得插入一个极为重要的天文事件。在形成中子星的过程中，星体的大量外层物质急剧地落向中心，其速度高达每秒5万千米，随即引发了爆聚核反应，发生了大爆发，即超新星爆发。由于上述物质高速撞击星核，引起后者反弹，产生了极强烈的冲击波，它反过来又把极大部分的外层物质高速（18万千米/秒）喷射出去。此时，整个星体发出巨大的能量，使其亮度一下猛增数十万倍，甚至上亿倍；其中心温度竟高达100亿℃，这也是人类迄今探测到的最高温度。超新星爆发是仅次于宇宙创生大爆炸的天文爆炸。

超新星爆发，是天空中十分稀有的突发性天体灾变事件，银河系中有2000多亿颗恒星，但超新星爆发却是几百年难遇一次的奇观。那么，科学家如何能测得上述数据呢？应该说事有巧合。1987年2月24日，加拿大一位天文学家突然看到，在离我们19万光年的麦哲伦星云之中，闪出一颗十分明亮的星球，他立即意识到，这是一颗超新星爆发。这引起了当年科学界的轰动，全世界的天文台皆聚焦到这颗星球上，观测其爆发的全过程。天文界将此超新星定名为SN1987A。目前人们已探知，躲藏在SN1987A中心的是一颗中子星。

现在来说一下“参宿四”。它是天空中最亮的红超巨星，离我们约640光年，它的直径是太阳的700倍，发出的光是太阳的1万倍，称其为超巨星当之无愧。它有一个奇怪之处，其亮度呈周期性（6年）的变化，明、暗相差很大。原来它的大气很不稳定，处于脉动状态。当恒星变小时，其大气就会吸收近旁的能量，它就升温而膨胀，大气因此而变得稀薄，能量也即逃逸，气体重新变冷而收缩。

参宿四与太阳不同，太阳中心一直处于稳定的氢核聚变，这种状态还将延续几十亿年，而太阳形成于46亿年之前。参宿四的演化历程比太阳要快得多，它先前是一颗灼热、明亮的蓝色恒星，仅仅在几千万年之中就演变成超巨星状态。天文学家早就认识到，它的大气正以15千米/秒的速度向外运动，大量的气体在恒星之外形成一个包层，这是一个围绕着恒星的气壳。人们对此气壳进行了长期观察，发现气壳边缘的物质一直延伸到1万亿千米之外。人们还发现，它拥有两颗伴星，且均比参宿四要暗得多。

天文学家预言，经过几百万年，若它很快地丧失其外部气体，那么暴露出的星核将很快地冷却下来，因此它将变成一颗白矮星。若其外部的气壳仍保留着，那么中心的热核聚变仍将继续，并日益走向高温、高密，有可能激发一场大规模的爆炸，成为一颗超新星。

澳大利亚南昆士兰大学的布拉德卡最近称，参宿四可能在今后100年内的任何时刻里发生超新星爆发，最早可能在2012年之前。这就是说，人们有幸可能在今年看到这千载难逢的宇宙奇景。届时，我们将看到自地球诞生以来最耀眼的光芒，黑夜将如同白昼，有如天空中出了两个太阳。这一过程将持续一周或更长。

尚若如此，人类岂非遭殃？回答是否定的。天文学家说，只要超新星爆发离地球几光年之外，那么对我们来说是丝毫无损的，而今参宿四跟我们相距640光年，有何惧哉？

再说恒星在最后爆炸时，其极大部分（99%）能量皆以中微子的形式释放出来。中微子质量极小，仅比无质量的光子略重一点，它跟物质的作用极微弱。例如上述SN1987A的爆发，按科学家的计算，落到地球上的中微子数目很大，每平方厘米约有数百亿个，因此每个人体上都有1013个中微子穿过，但无人感觉得到，即使世界上最灵敏的探测器也只能捕捉到27个而已。

天文学家认为，这一爆发是一个高概率事件，这里指的是“100万年内”的时间跨度。对宇宙来说，这是很短的一刻，可是对人类来说，这几乎是一个无限漫长的时间跨度。若最早在今年爆发，那么则是百万分之一的概率。因此，这是一个极小概率事件。

最后再回过来说说超新星爆发，它好像是恒星死亡前的垂死挣扎。其实不然，它在宇宙演化中具有十分重要的积极意义。在宇宙发生大爆发后，仅形成少数较轻的元素，如氢、氦等。而其他的重元素，诸如碳、氮、氧、铁……都是在大质量恒星内部，经热核聚变而成的，最终经超新星爆发，把这些重元素抛向星际空间，混合于氢气之中，成为第二代恒星系统（如太阳系）的原材料。要知道，若没有上述重元素，就形成不了生命物质，至少地球生命是如此；若没有生命，何谈智慧生命——人的出现。从这个意义上来讲，正是超新星爆发，为人类的到来提供了关键性的条件，从而为宇宙的存在提供了观察者，使得宇宙进入了自我认识的阶段。