超新星引爆生命

报告给导师，休伊什认为这是受到了地球上某种电波的影响。但是，第二天，在同一时间、同一个天区，那个神秘的脉冲信号再次出现。这就表明这个奇怪的信号不是来自于地球，而是来自于天外。一开始，贝尔对此很困惑，甚至曾想到这可能是外星人在向地球发电报联系，所以给这个脉冲源起名叫“小绿人一号”。但在接下来不到半年的时间里，又陆续发现了数个这样的脉冲信号，他们意识到这是一种自然发生的天文现象。1968年2月，贝尔和休伊什联名在《自然》杂志上报告了新型天体——脉冲星的发现，并认为脉冲星就是物理学家预言的超级致密的、引力强大的奇异天体，其半径大约10千米。

早在1939年，美国物理学家奥本海默就提出：质量很大的恒星由于其引力的巨大，将使它的最后归宿不是变为白矮星，它会继续收缩，原子和原子核均被挤碎，带正电的质子与带负电的电子在强大引力作用下被结合成中性的中子，其庞大星体收缩成为体积极小、质量和密度极大的全部由中子构成的星体——中子星。

脉冲星为何会发射脉冲并被我们观测到呢？设想一下，我们的地球仿佛是宇宙之海中的一叶扁舟。如果远方有一座灯塔，它的灯光总在不停地匀速转动，灯塔每转一圈，由它窗口射出的灯光就射到“地球之舟”上一次。灯光不断旋转，在我们看来，光源就连续地一明一灭。脉冲星就是这样的“灯塔”。它每自转一周，地球就接收到一次它辐射的电磁波，于是就形成一断一续的脉冲。脉冲星的这种现象，也就叫“灯塔效应”。脉冲的周期其实就是脉冲星的自转周期。

所有恒星都能发射脉冲吗？其实不然，要发出像脉冲星那样的射电信号，需要很强的磁场。只有体积越小、质量越大的恒星，它的磁场才越强。而中子星正是这样高密度的恒星。

另一方面，恒星体积越大、质量越大，它的自转周期就越长。我们很熟悉的地球，自转一周要二十四小时。而脉冲星的自转周期竟然小到0.001337秒！就连致密的白矮星，以这样的高速自转都会被撕裂。只有更为致密的中子星，才可能扮演高速旋转的脉冲星角色。

脉冲星的发现与类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子一道，并称为20世纪60年代天文学“四大发现”。休伊什教授也因脉冲星的发现而荣获1974年的诺贝尔物理学奖，但不少人对贝尔小姐未能获奖而颇有微词。他们认为，在脉冲星的发现过程中，起关键作用的应该是贝尔严谨的科学态度和极度细心的观测。好在科学界并没有忘记贝尔，自发现脉冲星以来，她已经获颁十几项世界级科学奖。

超新星如何爆发

发现脉冲星后，天文学家开始梳理历史上的超新星记载，果然在出现过超新星的位置，都发现了脉冲星。其中，最有名的是“1054年超新星”。

1054年7月4日，距地球6500光年的一颗超新星爆发了。这次爆发被宋朝的天文学家详细记录下来。《续资治通鉴长编》中这样写道：“至和元年五月己酉，客星晨出天关之东南，可数寸，嘉祐元年三月乃没。”日本人和美洲土著居民对这一奇异天象也有观测记录。在超新星爆发的头二十三天，即使在白昼都可以看到它，其亮度如金星一般。直到一年多以后，这颗超新星才消失不见。超新星爆发时产生的激波会形成一个膨胀的气体和尘埃构成的壳状结构，这被称作超新星遗迹。1054年超新星爆发的遗迹就是著名的蟹状星云。

超新星的爆炸是如何发生的呢？

大质量恒星在大部分生命时间里，内部都进行着氢→氦的热核反应。其中，氢是“燃料”，氦是“炉渣”，当燃料逐渐耗尽，堆积的只是大量炉渣时，氢→氦热核反应便不能维持下去，大质量恒星也走向了晚年。

在晚年时，大质量恒星的核心部分的氢燃料已经逐渐燃烧完毕，但由于总质量巨大，碳燃烧得以平稳进行，同时，外围壳层中也在进行着氖燃烧和氢燃烧。

铁是恒星内部热核反应最后的炉渣，无法继续燃烧。这时的恒星由一个已停止热核反应的等离子态铁质核心和仍在分层燃烧的多层外壳组成，体积膨胀为红超巨星，犹如一只“巨型洋葱头”，包含着许多由不同化学元素组成的正在燃烧着的同心层。

此时恒星内部是一个同时进行着数百种热核反应的大熔炉，炉火越来越旺，温度越来越高，各种强烈反应的突发性也越来越强。

当热核反应达到极致的时候，星核迅速坍缩。一旦外围各层的热核反应也都因燃料的枯竭而停止进行，外层物质将以超过4万千米/秒的速度向中心区坍缩。大量物质与高度致密的核心遭遇的时候，像是无数发猛烈的炮弹撞上了一堵无比坚硬的铁壁，统统反弹回来，再与正向中心区塌缩的物质遭遇，形成强烈的冲击波，携带着极其巨大的能量，将整个恒星的大部分物质炸成齑粉，成为壮烈辉煌的超新星。

超新星爆发以后，大部分外层物质解体为向外膨胀扩散的气体和尘埃星云，核心部分遗留下一颗高度致密的天体——中子星或黑洞，大质量恒星的一生于是画上了休止符。

如果某个恒星的内核质量堪与太阳相比，那么在强大引力作用下，一秒钟就可以从地球的大小坍缩为半径10千米大小。最后它将以接近光速的速度崩塌，原子都被压碎，原子核外的电子被压入原子核，正负电荷抵消，恒星的残骸以一种中性不带电的中子状态存在。一颗典型的中子星质量介于太阳质量的1.35到2.1倍，半径则在10至20千米之间，密度在每立方厘米8×1013克至2×1015克间。中子星的高密度也使它有强大的表面重力，强度是地球的2×1011至 3×1012倍。如果一个体重70千克的人向中子星跌落，他撞击到中子星表面的能量将相当于两亿吨核爆的威力。

在这一过程中，垂死的恒星将回光返照般地释放存于原子内部的能量，其光辉将令一亿个太阳相形见绌。这就是超新星爆发，宇宙中最辉煌的焰火。超新星爆发极其剧烈，爆发过程中所突发的电磁辐射经常能够照亮其所在的整个星系，同时会持续几周至几个月才逐渐衰减变为不可见。恒星通过爆炸，会将其大部分甚至几乎所有物质以高达十分之一光速的速度向外抛散，并向周围的星际物质辐射激波。

太阳质量较小，不会有这般绚烂的结局。但在太阳系厕身其间的银河系，却有一些具备成为超新星潜质的恒星。这样的超新星爆发，会给地球带来怎样的灾难呢？1885年在仙女座星云附近发现了一颗超新星。据测定，它在6天的时间里发出的光相当于太阳在100万年里的发光总量。好在这颗超新星离我们有一两百万光年之遥，强烈的光线到达地球时已经变得非常微弱。

2004年12月27日，人马座方向的一颗超新星突然爆发，短短0.2秒内，其释放出的伽马射线相当于太阳25万年里发出能量的总和。好在这次爆炸发生的地点离地球足够远，就像在别人家的后院，假如发生在隔壁，那人类的麻烦就大了。如果这颗超新星距离地球在10光年以内，这样强度的爆炸足以毁灭地球上所有物种。

激活地球生命

超新星爆炸产生的冲击波对高等生命而言是个噩梦，但对处于起源阶段的生命来说，高能辐射却提供了分子结合及DNA变异所需的能量。科学家研究发现，当太阳系随着银河系猎户座旋臂围绕着银河系中心转动时，曾经扫过超新星爆发的区域，使得地球被沐浴在各种高能辐射之中，正是有了这些能量激活，地球上的生命才发生了爆炸式的增长。

如同树木的年轮可以反映环境变迁一样，某些生命的进化也能反映出天体的演化。当超新星爆发时，其周围太空中可能的生命进程也会蓬勃发展。太阳系足够接近一颗超新星时，爆发产生的宇宙射线就会“冲刷”地球。

通过对地质记录的比较，科学家发现，超新星爆发率似乎与地球上生命蓬勃发展时间点有关，很大程度上塑造了生命条件。每当太阳携带着各大行星穿过银河系中曾经的恒星形成区时，超新星爆发就会显得更加频繁。为了进一步获得生物学上的支持，科学家寻找史前数个时期的海洋生物化石，从中发现了与超新星爆发相关的痕迹，虾类、章鱼或已经灭绝的三叶虫和鹦鹉螺等无脊椎动物化石都证实了这个推测。当时太阳系穿过超新星爆发的区域，地球海洋中的无脊椎动物便受到超新星爆发的强烈影响。与此同时，科学家对比了过去五亿年的地质和天文数据，发现地球曾经非常靠近超新星爆发影响区域。当太阳系附近的超新星出现频率较高时，地球上生命的多样性也达到较高的水平。

除了促使生命爆炸式增长之外，超新星爆炸还能产生一些对于地球生命至关重要的化学元素。德国慕尼黑工业大学的研究人员进行了一项实验，他们对生活在海洋沉积层的趋磁性细菌进行了研究，发现这种特殊嗜铁细菌能够新陈代谢铁元素形成氧化铁微晶体四氧化三铁。细菌制造氧化铁晶体的现象非常普遍，它们的尺寸约80纳米，这些铁元素来自降落至海底的地球大气层灰尘微粒，这些细菌新陈代谢的铁元素有时就来自超新星爆炸残骸。同位素铁-60几乎全部形成于超新星爆炸，在260万年的半衰期内，任何地球上的铁-60都不是在地球上形成的，因此该时间段内发现任何形式的铁-60元素，都应该来自超新星爆炸。科学家从取自太平洋海底沉积岩的远古细菌化石中发现了铁-60，地质学分析表明，这些沉积岩形成于至170万～330万年前。对细菌化石的化学分析进一步显示，其中的铁-60可追溯至220万年前。这与天文学家认定的一颗220万年前爆炸的超新星在时间上吻合。

甚至地球万物生长所依赖的太阳都可能是远古超新星爆发的产物。科学家认为，太阳在45亿年前形成时，附近有一颗巨大的恒星爆炸成为超新星。其冲击波导致低密度的星际物质聚合在一起，形成了原始的太阳星云。天文学家认为，这同样能够解释为何人类生活的地球会成为一个温暖、湿润、充满绿色植物的世界。超新星爆发所释放出的放射性物质衰变所产生的能量可能产生了形成地球所需的物质，并决定了今天地球上的水量。

由此可见，超新星并不完全是生命的终结者。它们在为星际物质提供丰富的重元素的过程中起到了重要作用。同时，超新星爆发所产生的激波也会压缩附近的星际云，这是新的恒星诞生的重要启动机制。超新星在爆发时释放的射线，会使被辐射的生物加速变异过程。变异有好有坏，不良变异被自然淘汰，好的变异一代代遗传下来，更具生命力和竞争力的全新物种也就诞生了。天文学家在银河系中发现过不少超新星残骸，它们在遥远的地质年代都发生过惊天动地的爆发，而且其辐射必然曾波及地球。这或许可以解释在生命进化史上多次的物种灭绝和新物种爆发式增长现象。

① Ia型超新星是变星的子分类中，由白矮星产生剧烈爆炸结果的激变变星。天文学家发现“僵尸”恒星构成的双星系统周围出现不明物质溅落，认为这是一把通向暗能量之谜的钥匙。这类超新星是宇宙中极为特殊的一类天体，在天文学上被称为Ia型超新星。

【责任编辑：杨枫】