惊心动魄！地球与超新星的安全距离究竟有多重要？

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原作：Editors of EarthSky

翻译：周奕宏

校对：胡敏

后台：李子琦

原文链接：https://earthsky.org/astronomy-essentials/safe-distance-from-a-supernova-earth/

位于超新星（爆炸的恒星）附近的类地行星的艺术插图。如果地球要安全度过这样一次恒星爆发的冲击，与超新星的最小距离是多少？科学家表示，超新星的X射线最远能对距离160光年的行星大气层造成损害。

图像来源：NASA/ CXC/ University of Illinois/ I. Brunton et al.

插图来源：NASA/ CXC/ M. Weiss.

超新星与地球的安全距离是多少？

超新星是大质量恒星剧烈爆炸的阶段。如果我们的太阳爆炸成为一颗超新星，产生的冲击波可能不会将整个地球焚毁，但地球面对太阳的一侧将会蒸发。科学家估计，那时整个行星的温度将增加到太阳正常表面温度的15倍左右。

此外，地球将无法保持在现有轨道上——太阳质量的突然减少可能会使行星漂流到太空中。显然，如果太阳成为超新星，那么8光分钟的距离并不安全。幸运的是，太阳注定不会成为超新星。但太阳系之外的恒星会。

那么最小安全距离是多少呢？根据最近一项基于钱德拉X射线天文台数据的研究，只有超新星距离地球160光年内时，我们才能感受到其具有破坏性的影响。而以前人们认为，超新星必须距地球50光年内才会产生影响；另一项研究则证明，数百万年前地球曾受到了距离300光年的超新星的影响，但那并没有引发灭绝事件。因此，这个问题的答案不断在变化，而研究仍在继续进行中。

如果一颗超新星在地球附近爆炸会发生什么?

假设一颗距离地球30光年的恒星爆炸。哈佛-史密森天体物理中心的高级天文学家Mark Reid表示：

如果一颗超新星在距离地球约30光年的地方爆炸，地球将受到严重影响，物种可能会大规模灭绝。超新星会释放出X射线和更高能量的伽马射线，这会破坏掉保护我们免受太阳紫外线辐射的臭氧层。大气中的氮和氧会被电离，从而形成大量烟雾一般的一氧化二氮。

此外，如果一颗超新星在30光年内爆炸，浮游植物和礁石群落将受到特别严重的影响。这样的超新星事件将严重打击海洋食物链的基础。

假设爆炸距离稍远一些。这可能会使地球、地表和海洋生物相对完好。但是，任何近距离的爆炸仍然会向我们释放伽马射线和其他高能辐射。这种辐射可能会导致地球生物的突变。此外，来自附近超新星的辐射可能会改变我们的气候。

幸好，地球周围30光年内没有即将发生超新星爆炸的恒星。

超新星的艺术插图

图片来源：NASA/ ESO

近期的近地超新星事件

在人类已知的历史中，没有超新星在距离地球小于100光年的范围内爆发。最近一次可见的超新星爆发是在1987年的1987A超新星（距离地球约168,000光年）。

在此之前，最后一次可见的超新星爆发是德国天文学家开普勒（Johannes Kepler）在1604年记录下来的。这颗超新星距地球约20,000光年，比夜空中的任何恒星都要明亮，甚至在白天也可见！但据我们所知，它并没有对地球产生影响。

2011年哈勃太空望远镜在可见光波段下观测到的1987A超新星遗迹图像。这颗超新星是数个世纪以来最接近地球的超新星，仅凭肉眼就可见，其位于大麦哲伦星系（银河伴星系）蜘蛛星云的边缘。

图像来源：NASA/ ESA/ P. Challis (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics).

M101中一颗新的近距离超新星

过去十年中，距离地球最近的一颗新超新星位于风车星系（又名M101）。然而，其距离地球约2100万光年，不会对地球产生影响。这颗超新星是业余天文学家Koichi Itagaki在2023年5月19日发现的，其亮度一直增加，在接下来的几个月内，业余天文学家们用家庭望远镜就可以看到。这颗被命名为2023ixf的超新星位于大熊座方向，靠近北斗七星的勺柄末端。

距离最近的可能爆发的超新星有多远?

首先，超新星可以分为两种不同的类型。II型超新星由年老、质量巨大的恒星崩塌而成。在距离地球160光年的范围内，没有足够大质量的恒星会发生这种情况。而I型超新星是由小而暗淡的白矮星被伴星吸积物质崩塌而成。这些恒星很暗淡且难以发现，所以我们无法确定周围有多少这样的恒星。在距离地球160光年的范围内可能有几百颗这样的恒星，但我们并不知道它们是否会爆炸。

IK Pegasi B是已知最近的超新星候选星。它是一个双星系统的一部分，距离我们的太阳和太阳系约150光年。

该系统中的主星IK Pegasi A是一颗普通的主序星，与我们的太阳相似。I型超新星的候选者是另一颗恒星IK Pegasi B，它是一颗质量巨大的白矮星，体积小而密度大，其绕主星旋转的轨道半径比水星与太阳之间的距离还要近。当A星开始演化成为红巨星时，它的体积会变大，此时白矮星可以从A星扩展的气体包层中吸积物质，它的质量进而上升。当B星的质量足够时，它可能会崩塌，进而以超新星的形式爆炸。

IK Pegasi A（左侧），微小但质量巨大的IK Pegasi B（下方中央）和我们的太阳（右侧）的相对尺寸。这里最小的星体就是距离我们150光年的已知最近的超新星候选星。

图像来源：RJ Hall/ Wikimedia Commons

那参宿四呢?

每当谈到超新星时，参宿四（Betelgeuse）总不会缺席，它是我们天空中最亮的恒星之一，也是猎户座的一部分。参宿四是一颗非常亮的超巨星。

然而，这样的高亮度是有代价的。参宿四之所以成为天空中最著名的恒星之一，是因为它终将有一天爆发。参宿四的巨大质量导致它的燃料会相对较快地耗尽，事实上，参宿四现在已经接近寿命尽头。在不久的将来（从天文学的时间尺度来说），它将耗尽燃料，在自身重力的作用下坍缩，坍缩的物质在中心中子星的表面反弹，形成壮观的II型超新星。当这一天到来时，参宿四将在几个星期或几个月内变得异常明亮，可能会像满月一样，并在白天可见。

这一事件何时会发生呢？可能不会在我们的有生之年，但没有人能够确定。可能是明天，也可能是一百万年之后。当它发生时，地球上的任何生物都将目睹夜空中的壮观景象，但地球生命不会受到伤害。这是因为参宿四距离地球430光年远。

参宿四就是位于左上角、象征着猎户座肩膀的橙色恒星。这张照片是由Rogelio Bernal Andreo在2010年10月拍摄的，于2010年10月23日被选为the Astronomy Picture of the Day。

图像来源：Wikimedia Commons

银河系中超新星爆发的频率是多少?

这个问题无人知晓。科学家推测，来自超新星的高能辐射可能已经引起了地球物种的突变，甚至可能包括人类。

一项研究估计，地球附近可能每1500万年会发生一次危险的超新星事件。另一项研究表明，平均而言，每2.4亿年会在距离地球10秒差距（33光年）范围内发生一次超新星爆炸。所以我们真的不知道。但是你可以将这些数字与人类在地球上存在的几百万年和地球的年龄45亿年对比。

如果你这样做，你会发现超新星爆炸肯定会在地球附近发生……但可能不会发生在人类可预见的未来。

责任编辑：杨欣冉

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