一场超新星爆炸如何刻写进地球生命？

翻译：方芊

校对：张雨荷、李宜骅

排版：王招君

后台：李子琦

https://www.universetoday.com/168687/how-a-nearby-supernova-left-its-mark-on-earth-life/#more-168687

一颗大质量恒星以超新星形式爆炸时，所释放的能量难以估量。超新星爆炸会产生一些重元素，包括铁，这些重元素在爆炸中被抛射到太空中。在地球上，海底沉积物中存在过两轮铁同位素 60Fe 的累积，科学家追溯到它们分别发生在大约两三百万年前和大约五六百万年前。同时，产生铁元素的爆炸也使地球受到了宇宙辐射。

在提交给《天体物理学杂志快报，ApJL》的新研究中，科学家们研究了这些超新星爆炸向地球传递了多少能量，以及这些辐射可能如何影响了地球上的生命。这篇论文的标题是“泡中的生命：附近的超新星如何在宇宙射线光谱上留下短暂的痕迹，并在生命中留下不可磨灭的印记。”主要作者是加州大学圣克鲁斯分校的凯特琳·诺吉里。

图注：对于“本地泡”的艺术概念图

图源： NASA

作者在文章中提到，“地球上的生命在来自地球和宇宙的电离辐射的持续暴露下不断进化。”数十亿年来，地球辐射逐渐减少，但宇宙辐射却没有。随着太阳系在银河系中移动，地球所受的宇宙辐射量也随之变化。“地球附近的超新星活动有可能将地球表面的辐射水平提高几个数量级，这将对生命的进化的未来产生深远影响，”

图注：太阳系所处的本地泡

图源：

https://www.sohu.com/a/687568177_120097420

作者解释说，大约两百万年前的那些铁同位素直接来自超新星爆炸，而更早的铁同位素则是地球穿过气泡时形成的。研究标题中提到的“泡”来自一种特殊的恒星，称为OB恒星。OB恒星是巨大、炽热且寿命短的恒星，通常成群形成。这些恒星发出强大的外流风，在星际介质中形成炙热气体的“泡”。我们的太阳系位于其中一个泡内，称为“本地泡”，其宽度接近 1,000 光年，形成于几百万年前。

“大约 2-3 百万年前的 60Fe 峰值很可能源自天蝎-半人马座星协（~140 pc）或杜鹃-时钟座星协（~70 pc）中发生的超新星。而 ~5-6 百万年前的峰值很可能归因于太阳系进入本地泡，”

本地泡的形成并不是悄然发生的，在过去的 1500 万年里，15次超新星爆炸才形成本地泡。“我们从本地泡历史的重建中得知，在过去的6百万年里至少有9场超新星爆炸，”

研究人员收集了所有数据，并计算了本地泡中多个超新星的辐射量。他们讨论了一些可能性，但是目前尚不清楚这种辐射剂量会产生什么样的生物效应。

辐射剂量可能足以造成DNA双链断裂。这是一种严重的损伤，可能导致染色体变化甚至细胞死亡。但就地球生命的发展而言，还有其他影响。

2024 年的一篇论文显示，“200-300 万年前，非洲坦噶尼喀湖的病毒多样化速度加快。” 这可能与超新星辐射有关吗？“如果能更好地了解这是否可以归因于我们预测的该时期宇宙辐射剂量的增加，那将很有吸引力，”尽管这只是作者的玩笑话，但是超新星辐射的强度不足以引发灭绝，可能足以引发更多的突变，从而导致更多的物种多样化。

辐射始终是环境的一部分。随着事件的发展和地球在银河系中的移动，辐射时而上升时而下降。不知何故，它一定是创造地球上生命多样性的方程式的一部分。

作者在结论中写道：“因此，可以肯定的是，在评估地球生命的生存能力和进化时，宇宙辐射是一个关键的环境因素，而关键问题在于，当考虑物种进化时，辐射成为有利或有害触发因素的阈值是什么。”

不幸的是，我们并不清楚辐射究竟如何影响生物，可能存在的阈值是多少，以及它们会如何随时间变化。“只有清楚地了解宇宙辐射（特别是在地面占主导地位的介子）的生物效应，才能确定确切的阈值，而这仍然是一个尚未探索的问题，”Nojiri 和她的合著者写道。

研究表明，无论我们是否能在日常生活中看到它，甚至无论我们是否意识到它，我们的太空环境都会对地球生命产生强大的影响。超新星辐射可能影响了地球历史关键时期的突变率，有助于塑造进化。

如果没有超新星爆炸，地球上的生命看起来可能会大不相同。我们之所以能出现在这里，很多因素都必须恰到好处。也许在遥远的过去，超新星爆炸在通往我们人类的进化链中发挥了作用。

责任编辑：杨欣冉

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来源：NASA

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