开启天文学（超新星）的新纪元

石春成 湖北第二师范学院 湖北武汉 430000

从古代流传至今有嫦娥奔月等神话故事，反映了人类对于天空的向往，古代帝王更是为了能成仙升天不惜耗费巨大的人力物力，可见人类对于神秘天空的渴望，然而，事与愿违，直到近代才有脱离地球的宇宙飞船，才有系统的天文知识，而这些系统的知识，是由几千年来人类中那些对于天文有研究的人一点一点经验的发现与积累。

杨惟德，中国宋代宫廷天文学家，他是世界上发现超新星并记录的第一人，超新星是目前天文学中最热门的研究方向之一，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现了一颗奇怪的星，日出前几分钟，一颗陌生的星升到地平线上，比天空中能见到的任何星都明亮的多仿佛天空中出现了第二个太阳，这种天文现象是种人类难见的奇观，于是他立刻向皇帝禀报，并解释说这是一个吉祥的预兆，然后仔细的观察并记录于他的书《景佑六壬神定经》中，由于当时人们知识的匮乏以及社会的背景，并没有意识到这个奇观的重要性，杨惟德所发现的奇观正是现如今天文学中最热门的方向：超新星，他所发现的是超新星中最具有代表性的一种，研究者们称之为蟹状星云。他的这次记录开启了天文学的新纪元。

哈勃空间望远镜2005年拍摄的蟹状星云图片

超新星与超新星遗迹是目前天文学中最热门的方向，然而人们对于天文学的了解甚微，甚至只停留在对于奇观的新鲜感，本文将从几个问题的引入来简单介绍一下超新星。

什么是超新星了？研究表明，某些大质量恒星，其质量超过钱德拉塞卡极限(约为太阳质量的1.38倍)，在演化到最后时期或接近最后时期时会经历一种剧烈爆炸，我们将这爆炸的恒星称为超新星。

超新星形成的机制是什么了？已知存在的超新星有几种不同类型，但其形成机制都来自两种情形：1、通过核聚变产生能量过程的终止2、通过核聚变产生能量过程的突然启动。

图1 .1:大质量恒星演化到后期时爆发时模拟图

如上图1.1所示，第一种超新星的形成机制在于恒星本身的寿命到头了，无法通过核聚变产生能量，当大质量恒星演化到接近后期的时候，其内核无法发生热核反应，从而无法提供足够的能量支撑表层物质，这时候恒星就会发生引力坍缩，这个过程就相当于一种恒星的爆炸，这种机制称之为自毁型，衰老的大质量恒星没有了生命能量，它通过引力坍缩这种自毁的方式获得能量，然而这种方式会使它毁灭，变成中子星或者变成黑洞。

超新星可分为哪几类？以及它们的具体区别是什么？天文学家把超新星按它们光谱上的不同元素的吸收线来分类，最终分为两类，I型超新星：没有氢吸收线，II型超新星：有氢吸收线，其中I型超新星又分为Ia,Ib和Ic三个子型，Ia型超新星：没有氢、氦吸收线，有硅吸收线，Ib型超新星：没有氢吸收线，有氦吸收线，Ic型超新星：没有氢、氦、硅吸收线。II型超新星又分为II-P超新星和II-L超新星。

现在认为，Ia型超新星是由致密双星系统中白矮星爆炸而形成的，因此研究此类超新星形成的模型是一个致密双星系统。另一种此类超新星形成的模型为两个白矮星的直接合并，当两个白矮星直接合并时，其质量很容易超过钱德拉塞卡极限，然而这种情况发生的概率极其低，因此考虑较少。Ib和Ic型超新星形成的途径和II型超新星相似，都属于自毁型，即大质量恒星演化到晚期，没有了热核反应提供能量，从而发生引力坍缩，其中Ib型和Ic型又存在者一定的区别，前文所提到的光谱中IbIc型超新星的区别，Ib型超新星：没有氢吸收线，有氦吸收线，Ic型超新星：没有氢、氦、硅吸收线，这是由于形成Ib型超新星的过程中，会受到星际风或者和周围伴星的作用，从而失去外层，而外层是由氢元素构成的，但外层中仍保留一定数量的氦，而Ic型外层所有的物质都被强大的星风吹散掉了。II型超新星根据光度曲线的差别又分为II-P超新星和II-L超新星，II-L超新星II-P超新星在光度曲线上都有一个“高原区”。

我们为什么要研究超新星了？超新星研究似乎对地球并无影响，且用肉眼观察到超新星貌似是不可能的事，其实并非如此，早在几百年前，中国的一位名叫杨惟德的官员，向皇帝奏报了天空中出现了另外一颗“太阳”，1572年，丹麦天文学家第谷又发现并记录了一颗相同的“太阳”，等等，后来研究者们总结到发生于银河系及其卫星星系（如大麦云、小麦云）中适当位置的超新星，可以在地球上用肉眼直接观测。超新星的爆发对地球是有影响的，研究者们规定，到地球距离为一百光年以内的超新星，我们称为近地超新星，超新星爆发会放出巨大的光能和伽玛射线，而伽玛射线会和地球的大气层发生复杂的反应，从而破坏臭氧层，那么地球上的生物也就会受到影响，具资料表明，一颗近地超新星引起的伽玛射线暴有可能是造成奥陶纪-志留纪灭绝事件的原因，所以探究超新星以及超新星遗迹可能对人类文明的消亡有着重大的意义。