科学研究

当前位置:澳门威斯尼人平台登陆 > 科学研究 > 2460年后的彗星撞击最致命,超新星可能导致了

2460年后的彗星撞击最致命,超新星可能导致了

来源:http://www.tessiz.com 作者:澳门威斯尼人平台登陆 时间:2019-09-04 16:17

宇宙射线究竟有多危险:可能造成生物大灭绝

新研究:史前巨齿鲨灭绝或缘于超新星爆发

澳门威斯尼人平台登陆 1

澳门威斯尼人平台登陆 2

澳门威斯尼人平台登陆 3

新华社洛杉矶12月29日电距今约260万年前,一道奇异耀眼的光芒从宇宙深处抵达史前的地球天空,持续了数周或数月之久。这道神奇的天象是什么?对地球生态造成了什么影响?

多年来,科学家们一直在研究超新星如何影响地球上的生命。超新星是非常强大的事件,并且取决于它们与地球的接近程度,它们可能会产生从灾难性的到无关紧要的各种后果。但现在,一篇新论文背后的科学家说,他们有具体的证据表明,一个或多个超新星与260万年前的一次灭绝事件有关。

消灭地球上一切的生命并非易事,但造成大规模灭绝却是常有的事。

科学家认为一颗30光年远的超新星爆炸产生的宇宙射线可能会造成我们地球的辐射量激增,进而直接或者间接导致大量物种灭绝。现在一些科学家正在寻找这类宇宙行为的可能证据。8月27日,美国宇航局太空网撰文详细描述了宇宙射线对地球生命的影响。以下为文章全文:

美国堪萨斯大学一项最新研究认为,这道光芒源于距离地球大约150光年的一场超新星爆发,而其影响可能导致巨齿鲨等地球巨型海洋动物灭绝。论文近期发表在美国《天体生物学》杂志上。

大约260万年前,一颗或多颗超新星在离地球(约160光年的地方爆炸。与此同时,地球上也发生了一次灭绝事件,称为上新世海洋巨型动物灭绝。当时,地球上多达三分之一的大型海洋物种被灭绝,其中大多数生活在浅海水域。

自寒武纪大爆发以来,已经发生了五次大灭绝事件,每一次都消灭了60%以上的地球物种。

虽然化石记录中的几次生物大灭绝可能与小行星撞击或大规模火山爆发有关,但这些古代生物大灭绝原因可能有很多,这至今是人们讨论的话题。美国伊利诺斯大学的布里恩:菲尔兹说:“这可能与附近发生的天文事件导致地球承受的辐射急剧增加有关。”

超新星爆发是某些恒星在寿命接近末期时的一种剧烈爆炸。爆炸过程中突发的电磁辐射经常能够照亮其所在的整个星系,并可持续几周至几个月,然后逐渐衰退直至消失。一次超新星爆发辐射的能量可相当于太阳一生辐射的总和。

这篇新的论文揭示了超新星与灭绝之间的联系,并指出被称为μ介子的粒子是罪魁祸首。证据不仅存在于化石记录中,而且存在于大约260万年前沉积在地球上的一层放射性铁中,这层铁被称为铁-60。证据也在太空中出现,表现为一个或多个超新星形成的膨胀的气泡特征。

浩瀚的宇宙,充满着神秘和魅力。宇宙中每天都上演着无数美丽壮观的天文奇观,但越是美丽的东西有时候往往越是致命。一个快速移动的大质量物质撞击地球肯定会导致大规模灭绝事件。然而,此类事件似乎相对较少。尽管小行星和彗星的撞击频繁发生,但导致大规模灭绝的撞击可能非常罕见,这样的撞击可以说是数十亿年难得一见。

一颗30光年远的超新星爆炸可能会造成我们地球的辐射量激增,进而可能直接或者间接导致大量物种灭绝。现在一些科学家正在寻找这类宇宙行为的可能证据。菲尔兹说:“只发现死去的动物并不能证明邻近超新星。”

堪萨斯大学物理与天文学教授、论文主要作者阿德里安·梅洛特29日对新华社记者说,远古海底沉积物中铁-60同位素等物质的存在,为超新星爆发提供了“确凿”证据。除了超新星爆发外,没有其他方法在地球上自然产生铁-60同位素,对铁-60的研究能大致确定超新星的位置及爆发时间等信息。超新星爆发可能发生了不止一次。

这篇论文的主要作者是阿德里安·梅洛特(Adrian Melott),他是堪萨斯大学物理学和天文学名誉教授。梅洛特在一份新闻稿中说,15年来,他一直在研究超新星可能对地球产生的影响。但这篇论文要具体得多,并将上新世的灭绝与特定的超新星联系在一起。梅洛特说:“这一次,情况不同了。我们有证据显示附近在特定时间发生的事件。我们知道他们离地球有多远,所以我们实际上可以计算出这会对地球产生何种影响,并将其与我们当时所知的情况进行比较。”

很多人可能会认为,核战争、全球变暖或大规模的流行性疾病是对人类生存的最大威胁。但假设我们可以克服这些挑战,我们真的就很安全了吗?

宇宙射线主要是来自超新星爆炸产生的高能质子。我们无法准确地跟踪它找到它的源头,因为它的轨迹被磁场弯曲了。事实上,一种典型的宇宙射线会在星系的磁场内弹跳数百万年,最后才会撞上某个天体,比如地球。菲尔兹说:“地球大气上层每平方厘米每秒遭受数条宇宙射线轰击,永远如此。”这些原始的宇宙射线永远不会到达我们地面,而是与上层大气中的原子相撞,形成能量较低的“二级”粒子。

梅洛特团队对这一课题进行了长达15年的研究。他们认为,一系列超新星爆发释放的能量足以穿透地球大气层,给史前巨型动物带来致命辐射。

那么这些细节告诉我们什么呢?

如果考虑到潜伏在太空中的种种威胁,这颗蓝色的小星球并非想象中的那么安全。下面列举了可能会严重威胁到甚至毁灭地球生命的五大宇宙灾难。

在海平面上,大多数二级宇宙射线是高穿透力的介子。每分钟约有1万介子穿过我们的身体。一些介子会电离经过我们肉体的分子,有时会导致可能有害的基因突变。现在,人体每年受到的宇宙射线的幅射强度相当于接受10次X光胸透。但是,我们不应该为此担忧,因为它只是人类承受的自然背景辐射中的一部分,我们的祖先世代承受。

据介绍,超新星爆发时,宇宙射线与地球大气层碰撞产生μ介子,其质量是电子的207倍,可以抵达海洋深处。少量介子对生物无害,但大量介子会使生物细胞发生变异甚至癌变。一次超新星爆发后,抵达地球的μ介子数量可增加数百倍。

首先,让我们谈谈铁,具体地说,是铁-60。铁-60是铁元素的同位素。同位素就是原子核中含有不同数目的中子的原子。所有的铁都有相同数目的质子-26个,和同样数目的电子,同样也有26个。但它的中子数量可能会有所不同。宇宙中的大部分铁,包括地球上的铁,都是铁-56。铁-56有一个稳定的由26个质子和30个中子组成的原子核。铁-56是稳定的,这意味着它不具有放射性,也不会衰变。

  1. 小行星/彗星撞击:一次巨大的撞击引发了6500万年前的最后一次大灭绝。

相反,宇宙射线引起的基因突变有时可能是有好处的。波兰什切青大学的弗朗哥:费拉里说:“显然,从某些方面而言,宇宙射线形成了地球上有机体的进化。”在最新出版的《天体生物学》(Astrobiology)杂志上,费拉里和什切青大学的埃瓦:苏泽斯基维兹对我们所了解的宇宙射线进行了评估,他们争辩说,这些粒子现在的生物关联不见得能代表它们的过去。他们写道:“地球早期的有机体的DNA不稳定,可能很容易在外界作用下变异,或许比现在的细菌更易变异,这是非常有可能的。”

“生物体越大,吸收的辐射越多,造成的伤害也越大。”梅洛特解释说,“据估算,一场超新星爆发产生的射线,可以使与人类体型相当的动物癌症发病率上升约50%。”

但是在地球上,也有一些铁-60,它有一个不稳定的原子核,包含26个质子和34个中子。它具有放射性,衰变后最终会变成镍。在整个地质记录的不同时期都有铁60的残渣,在260万年前有一个很大的峰值。但事情是这样的:地球上的任何铁-60,地球形成时都会衰变成镍。不会留下任何痕迹。

发生在距今6500万年前白垩纪末期,约75%--80%的物种灭绝。在五次大灭绝中,这一次大灭绝事件最为著名,因长达1.4亿年之久的恐龙时代在此终结而闻名。海洋中的菊石类生物也一同消失。其最大贡献在于消灭了地球上处于霸主地位的恐龙及其同类,并为哺乳动物及人类的最后登场提供了契机。这一次灾难来自于地外空间和火山喷发,在白垩纪末期发生的一次或多次陨星雨造成了全球生态系统的崩溃。

很久以前不光生物容易变异,宇宙射线也可能更为强烈,影响着地球的大气和下面的生命。一项有争议的理论认为,宇宙射线能促进云的产生。天空云彩越多,反射回太空的阳光便越多,让地球冷却,从而引起整个生态系统的改变。

巨齿鲨的灭绝发生在约260万年前。研究推测,正是当时的一场超新星爆发辐射到地球大量μ介子,导致了巨齿鲨等巨型海洋动物的灭绝。

阿德里安·梅洛特说:“早在20世纪90年代中期,人们就说,‘找铁-60了’。这是一个警示,因为它没有其他途径到达地球,只有来自超新星。“

这次生物大灭绝最流行的说法是,一颗小行星与地球发生了大碰撞,这次撞击相当于人类历史上发生过最强烈地震的100万倍,爆炸的能量相当于地球上核武器总量爆炸的l万倍,导致了2.1万立方公里的物质进入了大气中。由于大气中高密度的尘埃,太阳光不能照射到地球上,导致地球表面温度迅速降低。没有了阳光,植物逐渐枯萎死亡。没有了植物,就没有了植食性的动物,肉食性的恐龙也失去了食物来源,它们在绝望和相互残杀中慢慢地消亡。几乎所有的大型陆生动物都没能幸免于难,在寒冷和饥饿中绝望地死去。小型的陆生动物,像一些哺乳动物依靠残余的食物勉强为生,终于熬过了最艰难的时日,等到了古近纪陆生脊椎动物的再次大繁荣。

另一项关于宇宙射线的理论几乎与之相反——宇宙射线剥离了我们的可起保护作用的臭氧层,在更多太阳紫外辐射之下地球会枯萎。过量的紫外线形成不利于生命的环境。臭氧损耗还可能因邻近的伽马射线爆发而加剧。但是,菲尔兹表示,这种射线的闪现只持续1秒,几年之后臭氧就会恢复。相比之下,来自超新星的宇宙射线会轰击地球至少1000年。他说:“伽马射线爆发可能只能影响一个有机体,但是宇宙射线会影响很多代人。”

所以如果在260万年前有一个铁-60的高峰时刻,它一定是从某个地方来的。那个地方只能是空间。由于超新星是唯一能产生铁-60并在太空中传播的物质,所以它必须来是来自超新星。

引发英仙座流星雨的彗星斯威夫特-塔特尔彗星,在1992年最后一次进入太阳系时被拍到。然而,其他行星引力的影响有可能极大地改变其轨道,使其在4479年对地球构成潜在的威胁。它被美国宇航局称为人类已知的最危险的物体。由于斯威夫特·塔特尔彗星的固体核心与造成白垩纪-第三纪灭绝事件的大小相似,因此才引发如此大的关注。

要想弄清楚生物大灭绝事件是否由宇宙射线引起,科学家需要研究在附近的超新星上形成然后在爆炸冲击波的作用下落在我们地球上的放射性同位素。

但是铁-60并没有杀死大型海洋动物。当然,它是有放射性的,但它不是灭绝的罪魁祸首。这只是与灭绝同时存在的超新星的证据。

斯威夫特-塔特尔彗星可能在4479年撞击地球,其破坏力是白垩纪-第三纪灭绝事件的28倍。

1999年,慕尼黑工业大学的研究人员从深海的岩石样本中发现了铁60。这种极其罕见的同位素铁是由超新星爆炸形成的。它也具有放射性,不稳定,半衰期为150万年,因此,它一定来自一颗很新的超新星。根据铁60的位置和浓度,这组德国科学家后来计算出了这个假定的超新星于280万年前在100光年之外爆炸。

另一个支持“超新星死亡”理论的证据是:太空中的一个巨大的气泡。

  1. 伽玛射线爆:所有最明亮的电磁事件都是百万年一遇的巨大风险。

菲尔兹相信,就造成生物大灭绝而言这个距离可能太远了。他说:“我称它为侥幸避过。”该超新星的宇宙线可能对气候产生了影响,但是,要造成重大生物损伤,超新星只有在距离地球约30光年之内爆炸才有可能。

这一特征被称为“局部气泡”(Local Bubble),即星际介质中的空腔。星际介质是存在于星系内恒星系统之间空间的物质和辐射。它基本上是气体、尘埃和宇宙射线,它同样也填满了太阳系之间的空间。

伽玛射线暴 (Gamma Ray Burst, 缩写GRB),又称伽玛暴,是来自天空中某一方向的伽玛射线强度在短时间内突然增强,随后又迅速减弱的现象,持续时间在0.1-1000秒,辐射主要集中在0.1-100 MeV的能段。

虽然就星系标准而言30光年微不足道,但是,菲尔兹认为,在地球45亿年的历史中遭受超新星致命辐射10多次是可能的。但是,邻近的超新星不是增大宇宙线强度的唯一方式。费拉里称,因为我们的太阳围绕银河中心做轨道运动,它有规律地经过银河的一只螺旋形臂状物,在这里宇宙光辐射高于平均水平。有研究人员猜测,每次经过螺旋形臂状物都会造成地球上的冰河时代,因为宇宙射线促使云的形成。

澳门威斯尼人平台登陆 4

伽马射线暴是宇宙中发生的最剧烈的爆炸,理论上是巨大恒星在燃料耗尽时塌缩爆炸或者两颗邻近的致密星体合并而产生的。伽马射线暴短至千分之一秒,长则数小时,会在短时间内释放出巨大能量。如果与太阳相比,它在几分钟内释放的能量相当于万亿年太阳光的总和,其发射的单个光子能量通常是典型太阳光的几十万倍。

科学家梅洛特和他的同事也发现了我们太阳在银河平面上下移动和化石生态多样性的6300万年的周期之间存在可能联系。这种假设是太阳系每次偏向银河一侧最远时遭受的宇宙射线较多。但是,现在,梅洛特认为,这种移动可能只扮演一个小角色,因为最新证据显示大陆上升和可观测的生物多样性周期之间存在联系。要想明晰宇宙光与生物大灭绝事件之间的关系还需要进行更多研究。

局部气泡是一种被一颗或多颗超新星从星际介质中被掏空的形状。我们的太阳系就在它里面,像心宿二和军市一这样的恒星也在里面。

我们所已知的伽马射线爆至少有一个确定的原因:中子星的合并。如果其中一个来自这些合并的喷流指向地球,并且距离地球足够近(在6000光年以内),它可能会破坏臭氧层,从而导致人类的灭亡。

梅洛特表示,寻找附近超新星的其他放射性同位素证据的研究仍在继续,他的研究小组正在开发宇宙射线轰击模拟,希望看到生物大毁灭的任何可证实模式是否存在。他说:“地面的全面影响这个问题至今还无人研究过。”

没有其他事件可以产生局部气泡。当超新星爆炸时,冲击波会清除其区域内的气体和尘埃,形成气泡。气泡并不是完全空的,里面还剩下一些非常热和密度很低的气体。但是大部分的气云都消失了。

科学家发现,伽玛射线暴在过去5亿年左右袭击过地球,导致大量的生命灭绝,这个解释或许能够说明为什么我们至今仍然没有找到其他宇宙生命,科学家根据巡天观测的结果也发现伽玛射线暴可能让许多星系毫无生机。

澳门威斯尼人平台登陆,更多阅读美国太空网相关报道

梅洛特说:“我们在星际介质中发现了局部气泡,我们就在它的边缘。这是一个300光年长的巨大区域。它基本上是非常热的,非常低密度的气体,几乎所有的气体云都被卷走了。制造这种气泡的最好方法是一连串的超新星将气泡吹得越来越大。“

历史上曾发生过几次几次特别的伽马射线暴:1997年12月14日发生一次伽马射线暴,它距离地球远达120亿光年,所释放的能量比超新星爆发还要大几百倍,在50秒内所释放出伽马射线能量就相当于整个银河系200年的总辐射能量。这次伽马射线暴持续时间在一两秒内,其亮度与除它以外的整个宇宙一样明亮;2004年,地球曾遭遇巨型"耀斑"袭击,一次来自宇宙深处的高能伽马射线暴轰击了地球大气。那一次轰击前所未有,其在小于一秒的瞬间发出的能量相当于太阳在50万年内发出的总能量。

特别声明:本文转载仅仅是出于传播信息的需要,并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性;如其他媒体、网站或个人从本网站转载使用,须保留本网站注明的“来源”,并自负版权等法律责任;作者如果不希望被转载或者联系转载稿费等事宜,请与我们接洽。

因此,如果证据,无论是局部气泡还是铁-60,都支持多个超新星的出现,导致上新世海洋巨型动物灭绝,那么这种灭绝到底是什么机制呢?铁-60做不到,太空中的气泡也做不到。发生什么事了?

  1. 随机碰撞:银河系中到处都是恒星,行星,恒星残骸和黑洞。

当超新星在地球上传播铁-60的时候,它并不是唯一从太空降下来的东西。还有µ介子。尽管我们不断地从太空接收µ介子,但大多数µ介子都无害地穿过我们,只有剩余的一小部分与我们相互作用,构成我们经常受到的辐射的一部分。

到目前为止,宇宙充满了行星,恒星,星系,甚至更大的结构,所有这些都是在不断扩大的宇宙的背景下结合在一起的。

梅洛特和他的团队说,这一切都归结为亚原子粒子,称为µ介子。对µ介子的最好描述是它是一个非常重的电子,但是一个µ介子的质量是电子的几百倍。他们很有穿透力。即使在正常情况下,也会有很多通过我们,它们几乎全部无害地穿过,但我们的辐射剂量的五分之一来自μ介子。

但事情的发生并不总是井然有序。在我们的银河系中,虽然空间很大,但实际上有上万亿个天体在数十亿年的时间尺度上运动。有些系统中会有多个天体,其之间的碰撞不仅是可能的,而且是不可避免的。无论何时发生碰撞或合并,都会改变幸存下来的东西。

但当超新星爆炸时,这种情况就改变了。会有比正常背景数多几百倍的µ介子。对于比表面积更大的动物来说,这意味着更多的辐射暴露。

由于银河系存在上万亿个天体,天体与天体之间的碰撞就复杂多样。会出现:行星和行星的碰撞、棕矮星与棕矮星碰撞、两颗恒星碰撞、白矮星与白矮星碰撞、中子星与中子星碰撞以及黑洞与黑洞碰撞。预计还会发生其他碰撞,如黑洞和中子星、中子星和白矮星、中子星和普通恒星,甚至是黑洞和恒星。活跃星系或微型类星体等物体可能是由吞噬恒星或气体云的黑洞触发。

但当被这波宇宙射线击中时,将这些µ介子倍增,但当数量如此之多、能量如此之高时,你就会出现更多的突变和癌症,这主要的生物学效应。我们估计,对于人类大小的物种,癌症发病率会上升大约50%,而且你越大,情况就越糟。对于大象或鲸鱼来说,辐射剂量会上升很多。

7万年前,一颗叫作Scholz的恒星穿越了太阳系的奥尔特云,这是一个围绕着太阳,充满无数冰冷物质的区域。如今天文学家们研究了来自奥尔特云的物体的运动,意识到那次邂逅可能改变大量彗星的运动轨迹,导致每数百万年就有大量的恒星以及恒星残骸落入太阳系内部

因此,遥远的超新星导致撞击地球的µ介子数量激增,增加了癌症的发病率,特别是在大型海洋动物中。一些动物在水中的深度越深,它受到的保护就越多。

  1. 超新星爆发:在距离地球几光年的地方爆发超新星会导致地球臭氧层消失

在上新世海洋巨型动物灭绝期间,有一种特别大而臭名昭著的海洋动物灭绝了:巨齿鲨。它是地球上有史以来最强大的捕食者之一。

当恒星爆发时的绝对光度超过太阳光度的100亿倍、中心温度可达100亿摄氏度,新星爆发时光度的10万倍时,就被天文学家称为超新星爆发了。

澳门威斯尼人平台登陆 5

超新星爆发事件就是一颗大质量恒星的“暴死”。对于大质量的恒星,如质量相当于太阳质量的8~20倍的恒星,由于质量的巨大,在它们演化的后期,星核和星壳彻底分离的时候,往往要伴随着一次超级规模的大爆炸。

巨齿鲨,有史以来最大的捕食者之一

天文学家把超新星分为两种类型。两Ⅰ型光变曲线的峰值很“锐”,绝对峰值光度约为太阳光度的100亿倍,爆发后变暗时速度缓慢;Ⅱ型光变曲线的峰值稍“钝”一些,绝对峰值光度约为太阳光度的10亿倍,爆发后很快变暗。

巨鲨是一种古老的鲨鱼,其体型相当于一辆校车大小。他们就是在260万年前失踪的。所以,我们可以推测它可能与µ介子有关。基本上,这种生物越大,辐射增加的幅度就越大。

II型超新星是最常见的超新星类型,但只有在离我们只有几光年远的地方才会发生一颗超新星,以消除我们的臭氧层,这应该是非常罕见的,以至于估计的频率低于每几十亿年一次。

正如梅洛特所承认的那样,这里有一些猜测。它的灭绝可能还有其他原因,包括冰河时代导致海洋变冷。在冰河时期,海平面也会下降,这意味着该物种失去了良好的繁殖区。

但只有在距离地球几光年的地方爆发一个超新星才会消除地球臭氧层,这种情况十分罕见,大约为几十亿年难一遇。

在那段时间里,巨齿鲨并不是唯一灭绝的物种。在2017年的一篇论文中,研究人员记录了包括哺乳动物、海鸟和海龟在内的其他海洋巨型动物的灭绝。但是否有一颗或更多的超新星造成了这一切?

  1. 太阳寿命终结:它最终会将人类烧成灰烬。

当时地球正处于气候多变性的时期,因此很难梳理出超新星和气候变化对物种灭绝的个别影响。另一项研究表明,超新星与上新世-更新世灭绝有不同的联系。

今天在地球上,海水只有在熔岩或其他过热物质进入时才会沸腾。但在遥远的未来,太阳的能量将足以做到这一点,而且会导致全球范围内的毁灭发生。

在2002年的一项研究中,研究人员观察了局部气泡和地球上的铁-60,并得出结论,两者都是灭绝的一个因素。但他们提出了一种不同的机制。他们认为,超新星导致紫外线冲击地球,杀死食物链底部的小生物,进而导致更大的海洋巨型动物死亡。

太阳主要依靠核聚变来释放能力的,也就是说核燃料耗尽正是太阳晚年之时,随着时间慢慢地推移,太阳的生命末期内核将会受到压缩,外部体积会扩张,甚至膨胀变成一个大红球。。这时临近地球就会遭殃,可能会被它吞噬掉,该科学家表示在20亿年后,地球的随着会慢慢地上升,甚至还会高达100摄氏度,那时地球将会另外一个景象。

对于梅洛特和他的团队来说,超新星µ介子理论就是其中的一部分。堪萨斯大学的研究人员说,超新星的证据,是澄清上新世-更新世灭绝的可能原因的“又一个谜团”。

20亿年后,太阳不断增加的能量输出将使海洋沸腾,地球上所有的生命将毫无疑问地终结。

对于海洋巨型动物的灭绝,还没有任何好的解释,µ介子可能是其中的原因之一。正是这种范式的改变,我们知道发生了什么事,什么时候发生的,所以我们能够真正地深入研究,以一种明确的方式寻找事物。我们现在可以非常明确地知道,辐射的影响将以一种以前不可能的方式发生。

未来50亿至60亿年内,太阳将膨胀为一颗“红巨星”,再过约6亿年,“红巨星”周围的氪核蒸发,坍缩为一颗白矮星,可能会吞噬掉离其最近的水星、金星和地球。

本文由澳门威斯尼人平台登陆发布于科学研究,转载请注明出处:2460年后的彗星撞击最致命,超新星可能导致了

关键词: