如果真的有超新星在150光年外爆發，地球會如何？

鄰居家的超新星

會有超新星在離地球不遠的地方爆發嗎?

大約11000年前，在1500光年外的地方，發生了一件不太尋常的事。地球上的狩獵採集者仰望天空時，會發現多了一顆明亮的星星……不，也許應該說是月亮。一顆恆星在劇烈的爆發中走向衰亡，即使遠在上千光年外觀察，其光芒仍然十分驚人。後世的天文學家把這稱為超新星——星星並不是新的，只是暫時比原來亮得多。

超新星並不多見，但歷史上地球人還是有幸看到了好幾顆，譬如中國史料記載的1054年「客星」，認為蟹狀星雲就是那場爆發的殘骸。第谷和開普勒這一對師徒各自觀察到一顆，相隔只有32年(讓人鬱悶的是，望遠鏡發明以後，再也沒有肉眼可見的超新星出現過)。已知的這些超新星都離地球非常遠，通常為幾千光年，1500光年外的古姆星雲超新星算是最近的了。

如果把距離再拉近，超新星除了看上去更加光輝燦爛之外，還會怎樣呢?如果近到使足夠多的熱量和射線被拋向地球，氣候可能發生災難性變化。地球生物會倒大霉。因此，當聽說150光年外可能會有一個天體產生超新星爆發時，嚴重關心一下是很正常的，畢竟150光年在天文尺度上只是鄰居家的後院。英國科普雜誌《新科學家》的記者聽來這麼一件事並把它寫在5月底的雜誌上，用了個有點嚇人的標題——《超新星可能在地球附近爆發》。相關研究人員認為這文章扭曲原意、搞不清楚狀況，作者則辯解說自己並不曾誇大其辭。科學家與記者之間經常是不對勁的，不過……嗯，真的會有鄰居家的超新星出現嗎?讓我們把這故事從頭講起。

對恆星來說，質量就是一切。這一切的根源在於引力。

恆星是一團發光的氣體，原本是星際間的氣體塵雲，在引力的作用下收縮聚集成團。在收縮過程中，氣團內部的溫度越來越高，終於發生氫聚變為氦的熱核反應，使內部壓力升高，抵抗引力坍縮的趨勢。兩者達到平衡，恆星便進入青年時代，基本上穩定地消耗著它的核燃料。

恆星的生命就是一場抵抗引力坍縮的戰爭。一顆恆星質量越大，它的引力坍縮趨勢就越強，為了平衡引力所需要的內部核反應也越強烈。質量大的恆星，揮霍「青春」的速度比質量小的恆星更快，當然也更加熾烈明亮。恆星質量與亮度的這種關係，稱為質光定律。我們的太陽在恆星家族中屬於中等塊頭，不會像小恆星那樣省吃儉用細水長流幾百億年，也不會像幾十倍太陽質量的大恆星那樣匆匆忙忙在幾千萬甚至幾百萬年里走完一生。

質量決定了恆星有多亮，溫度有多高，體積有多大，還決定了恆星會怎樣死去、留下什麼遺產。氫聚變反應在恆星中心進行，產生的氦形成一個氦核。當中心的氫耗盡時，反應無以為繼，氦核就在引力作用下收縮，溫度升高，點燃氦聚變成碳等更複雜、釋放能量更少的反應。收縮過程中引力能轉化成的熱能向外傳輸，使離核心較遠的地方尚未聚變的氫也開始反應。就這樣，恆星內核在每況愈下的複雜核反應中繼續收縮，外殼則由於氫聚變而膨脹，恆星就變成了一顆體積巨大、表面溫度較低的紅巨星。

質量較小的恆星，其外殼會擴散、變薄到完全看不見，核心則會一直收縮，成為體積很小、密度極大的白矮星。在一般物質中，原子的大部分是空的，微小的電子在非常遠的軌道上繞微小的原子核運轉。白矮星強大的引力在某種意義上把原子擠碎了，原子核仍保持完整，但電子不再受原子核束縛，彼此間距離大大減小，導致物質密度增加。白矮星的這種物質狀態稱為簡併態，它靠自由電子之間簡併壓的作用抵抗引力坍縮，保持穩定，慢慢冷卻，這就是小質量恆星默默無聞的暗淡結局。我們這個故事的主角，150光年外一個典型雙星系統(許多恆星並不是單獨存在的，而是成雙成對)里的白矮星HR 8210，就是這樣形成的。

一般情況下，白矮星會冷下去變成再也不發光的黑矮星。但HR 8210還有一顆伴星，情況便有些不同。問題的核心仍是質量，現在HR 8210大約為1.15個太陽質量，是白矮星里的大個子。印度裔科學家錢德拉塞卡曾提出一個錢德拉塞卡極限，簡單地說就是不存在質量超過1.4個太陽質量的白矮星。如果白矮星更重，它的引力就會強到超過電子簡併壓，因支撐不住而繼續坍縮，變成更緻密的中子星乃至黑洞。

如果雙星系統里的伴星變成胖大的紅巨星或紅超巨星，它的外層物質就容易在引力作用下流向白矮星。這些物質在白矮星周圍形成一個稱為吸積盤的扁平圓盤，使白矮星的質量不斷增長。當質量超過錢德拉塞卡極限時，白矮星不再能穩定存在，而會發生劇烈的坍縮，把大量引力能以熱能方式釋放出來，並點燃一系列複雜的核反應。這樣，就產生了一顆I型超新星。與之相對的是Ⅱ型超新星，它不是通過奪取伴星質量的方式發生的，而是家底雄厚的大質量恆星(比如，超過5個太陽質量)在將要耗盡燃料時，即使在紅巨星階段損失了不少物質，也不能把內核質量降到錢德拉塞卡極限以下，結果內核持續坍縮，導致超新星爆發，壯烈地結束生命。

HR 8210所在的雙星系統是1993年被發現的，不少天文學家認為，它們有可能這樣來一場I型超新星爆發。也就是說，這是迄今所知離地球最近的超新星候選者。如果真的有超新星在150光年外爆發，地球的臭氧層可能會被射線完全毀掉，這對生物來說是致命的——《新科學家》的報道這麼說。報道的作者是從哈佛大學學生Karin sandstrom那裡聽來這件事的。Karin後來在互聯網上發表批評說，文章寫得好像是她發現了這個雙星系統可能成為超新星，事實上所有的工作都是前人做的。這種細節糾紛暫且不管，要緊的是她的第二點批評可以讓我們大為放心：要等到HR 8210的伴星變成紅巨星，給白矮星提供足夠的物質，大概需要幾億甚至幾十億年。這不僅是時間上太遙遠、根本無須杞人憂天的問題，到那時候，這個雙星系統早就運行到離我們3萬多光年的地方了。《新科學家》雖然也提到了這一點，但沒有強調，再加上標題的效果，不免有一點誤導性。原來鄰居家的小星星，長大後變成超新星時，已經離我們太遠了。

事實讓人鬆了口氣，又不免有些無趣。是否曾經——或者將要——有什麼其他的超新星對地球產生重大影響呢?在有關恐龍滅絕的幾種假說里，超新星爆發說曾是聽上去頗為有理的一種，不過現在已經被隕石撞擊說壓倒。目前所知最有希望很快爆發的鄰近超新星候選者，是500光年外獵戶座里的紅超巨星獵戶座α，它可能成為一顆Ⅱ型超新星，時間也許是明天，也許是幾千萬年後，也許已經發生了但效應還沒到達地球——天文時間尺度上，這差異實在不大。它的爆發應該不會帶來大災難，大抵只會使天空中暫時多出一顆非常非常亮的星星罷了。

銀河系中有千億的星辰，但星星之間的距離也如此遙遠，在危險的近距離上出現超新星的機會實在很少。當然，就像HR 8210會運行到幾萬光年外那樣，誰知道有一天太陽系是否會接近一顆質量很大的紅巨星?

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