天狼星是肉眼可见距离地球最近的恒星之一,距离我们约8.6光年。如果这颗恒星发生超新星爆发,将有多大能量,会摧毁地球生态吗,或者说人类还有救吗?
现在,我们就根据现有科学常识来分析一下。
其实距离我们最近的恒星是比邻星,距离我们约4.22光年,但这是一颗很小的红矮星,质量约为太阳的12%,因此人类肉眼看不见。但比邻星是一颗三合星系统,其余的两颗叫南门二A和B,质量和太阳差不多,是人眼可见恒星排在第三的亮星。
钱德拉塞卡极限(钱德拉塞卡极限是几倍太阳的质量)
距离我们较近的恒星还有巴纳德星,这也是一颗红矮星,质量约为太阳的15%,肉眼也是看不见。在远点就是天狼星了,距离我们约为8.6光年,是除了太阳,恒星中最亮的那一颗,最亮时视星等达到-1.47.
天狼星是一颗双合星系统,我们看到最亮的那颗星是天狼星A,这是一颗蓝矮星,质量约为太阳的2倍,直径约太阳的1.7倍,表面温度约10000K,星龄约2.42亿岁,寿命约为17.6亿年。
太阳是一颗黄矮星,质量约为2*10^30千克。比太阳质量和亮度更大的恒星叫蓝矮星。但不管黄矮星还是蓝矮星,约太阳质量0.5倍以上到8倍的恒星,演化末期是变成一颗红巨星,之后外围气体物质逐渐膨胀消散在太空,核心留下一颗白矮星。
现代天文物理学认为,只有质量足够大的恒星,演化后期才有可能发生超新星爆发,这个质量要求是至少达到太阳的8倍。这类恒星当核心氢燃料烧完后的演化后期,巨大的重力压力会让核聚变连锁发生,一直进行到铁为止,最终坍缩导致热核失控,将外壳甚至整个星体炸毁。
根据这种演化规律,天狼星A是没有机会成为超新星的。但问题就出在天狼星是一个双星系统,所谓双星系统就是有两颗恒星在引力作用下捆在一起相互缠绕运行。天狼星B是一颗质量小于天狼星A的伴星,但实际上,它是一颗已经死亡的恒星~白矮星。
这颗白矮星的质量和太阳差不多,这说明其死亡前是一颗比天狼星A质量还要大的恒星。天文学家们建模估算,天狼星B在死亡前很可能是一颗约太阳质量5倍的蓝矮星。
白矮星是一种高致密特殊天体,由于其体积极小,质量有太阳这么大,体积却只有地球这么大,因此其原子被极端重力压扁了,星球物质成为依靠电子简并压支撑的致密特殊物质,密度高达每立方厘米1~10吨。
白矮星虽然是一种恒星尸骸,但死而未僵,由于其极大的引力,会将靠近自身的星际物质吸附过来,又叫吸积。研究发现,电子简并压的最大极限只能支撑1.44倍太阳质量,这个规律是一位叫苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡的印度裔美籍物理学家发现的,人们就把这个界限称为钱德拉塞卡极限。
当白矮星吸积将自身质量增加到钱德拉塞卡极限时,重力就会导致星体进一步坍缩,由电子简并压向中子星简并压骤变,这种瞬间的突然坍缩,就会激发白矮星整个星体的碳核聚变,瞬间的能量无法释放,热失控导致巨大能量爆发,这种爆发就叫la型超新星爆发。
我的回答是很有可能。这是因为天狼星这个双星系统距离并不远,两颗恒星平均距离约为20AU,也就是20个天文单位,即地球到太阳的平均距离,约为1.5亿千米,20AU就是约30亿千米。
天狼星B要吸积将自身质量增加到1.44倍太阳质量,光靠空旷的太空有一点点尘埃是远远不够的,它必须大量吸食天狼星A身上的物质,才有可能将自身质量增加到钱德拉塞卡极限。
我们太阳系只有一颗恒星,太阳的引力锁住了八大行星和若干颗矮行星,还有几百颗行星卫星和无数颗小行星、尘埃等,引力影响势力范围达到1光年以上。距离太阳最远的行星海王星有30AU,冥王星更是距离40AU。
天狼星双星相距只有20AU,因此,天狼星B要从天狼星A那里弄点食物并非不可能。
但这么远距离,B要从A身上弄到0.44个太阳质量似乎很难,到天荒地老也难以达到。机会可能会发生在天狼星A寿终正寝的时候,也就是15亿年之后。当天狼星核心的氢燃烧完之后,核聚变就会朝着氦、锂、铍、硼、碳顺序一路演化,最终到碳结束。
与此同时,其外围物质由于恒星引力和内部辐射变化而膨胀,恒星半径会扩大200~300倍。这样,半径约119万千米的天狼星A,变成红巨星半径就约为2.38~3.57亿千米。虽然如此,两星之间的距离还是很远。B星的机会是A星的膨胀会不断继续,最终这个星球外围约70%以上的物质都会扩散到周边的太空中。
这样,就会有许多流离失所的星际物质被天狼星B巨大的引力所捕获。天狼星A流失到太空的1.4倍太阳质量的物质,最终能被天狼星B幸运地捕获达到惊天一爆的质量吗?难说。
不过,由于这两颗星是相互缠绕着运动,约9.1年一个周期,在这样一个周期里,天狼星B很可能会像电脑游戏贪吃蛇吃豆豆那样,将扩散到轨道附近的A星物质吃个精光,这样就足以聚集到惊天一爆的能量了。
白矮星爆发的超新星被称为la超新星,其爆发条件遵循钱德拉塞卡极限,也就是1.44个太阳质量。因此所有la超新星都是极为标准的能量爆发,爆发的能量相当,爆发的亮度和光变曲线也基本是一样的。
这样,只要发现这种la超新星爆发,无论这种爆发发生在多远,其绝对星等都应该是一样的。但距离不同,恒星的视星等就不一样了,也就是看到的亮度就不一样了,这两种亮度是可以换算的,通过换算就能够得到这个爆炸发生在多远距离,因此这种la超新星被称为宇宙中的标准烛光。
宇宙天体发出的能量与亮度是成正比的,因此只要得到天体亮度,就能够计算出其能量。衡量天体亮度的标杆为星等,绝对星等是指自身发光的天体在距离32.6光年位置的亮度,视星等则是人眼能够看到的亮度。
星等亮度是数值越小越亮,负得越多越亮,每个星等亮度相差2.512倍。太阳绝对星等为4.83等,la超新星爆发时的绝对星等可达-19.5等,也就是约为太阳亮度的40亿倍。
超新星爆发时辐射的能量可达10^46焦耳/秒,而太阳的辐射能量为3.78*10^26焦耳/秒,太阳一生100亿年的辐射总量约为1.2*10^44焦耳,也就是说,la超新星爆发辐射的能量相当1万亿亿个太阳辐射的能量,相当83颗太阳一生的辐射总量。
那么,在天狼星位置如果发生la超新星爆发,其能量对地球有什么影响呢?有人说,超新星爆发能够摧毁50光年半径的一切生命。这种力量我们如何理解呢?
科学研究认为,超新星爆炸会将整个星体炸为极细的微粒,这些高能带点粒子以激波方式向四周扩散,最快时秒速可达20000多千米,接近光速的7%!这些冲击波最快将在122年后到达地球,很可能导致物种灭绝。
而最早到达的当然是爆炸之光,以光速传播在8.6年后到达。这个亮度有多大呢?我们经过绝对星等与视星等换算公式:m=M-5log(d0/d),根据la超新星绝对星等M约为-19.5等,代入公式可得出,在地球上看到天狼星爆发超新星的视星等m约为-22.39等。
太阳是距离我们最近的一颗恒星,视星等为-26.7等;月亮是距离我们最近的一颗地外天体,依靠反射太阳光满月时视星等为-12.7;而天狼星爆发成超新星的视星等约为-22.39等。这样看来,天狼星爆发的超新星还是没有太阳亮,亮度相差数十倍;但这颗超新星的亮度已经是天上除了太阳最亮的天体了,是月亮亮度的7520倍。
这样,在天狼星爆发成超新星的那段日子,人们就可以看到天上有一颗很亮的星星,白天只要不与太阳重合,也能够看到。
但这只是可见光,在爆炸中产生的X射线和伽马射线,才是危害生命的高能射线,如果这些射线很多,且以光速来到地球,就会在冲击波到达之前就已经将地球生命割了韭菜了。
我的回答是肯定能。但这种“能”有两个含义,一个是人类早就灭绝了,无法经历这一切,也可认为是躲过了这一劫;还有一个就是人类如果能延续到那一天,应对这种情况早就是小菜一碟了。
这个前提就是,如果天狼星要爆发成超新星,还有十几亿年的时间。
人类的进化史还只有数百万年,智人的进化史还只有十几万年,人类文明史还只有几千年,人类科技史还只有数百年。而现在,人类科技发展已经进入快车道,几乎是现代一年能抵远古上千年。
如果上天还能够给人类十几亿年的延续,科技文明早就发展到无法想象的神级阶段了,要么人类早就不在地球上,而是殖民其他恒星系统,甚至河外星系了。这样,天狼星再爆发出什么幺蛾子,对人类来说还算事吗?
所以,人类要担心的是现在,已经到了生存和发展的瓶颈,还能不能延续下去的问题。环境和温室效应问题、核战等自我毁灭问题、小行星撞击问题、太阳剧变问题等等,就像达摩克利斯之剑,时时挂在人类生存的独木桥上,一旦落下就将万劫不复。
所以,发展科技,保护并恢复生态环境,合作共赢,才是人类的唯一出路。如果要担心超新星爆发的话,可能更应该担心参宿四,这颗恒星早就到了演化末期,膨胀得很大且很不稳定。最近观测表明,参宿四时明时暗,似乎就有爆炸之势,或许早就已经炸了也未可知。
如果是今天炸了,我们要在700年后才能够看到,因为这颗恒星距离我们约有700光年。
参宿四是一颗约太阳质量12倍的恒星,根据恒星演化规律,是一定要发生大爆炸的。不过由于距离太远,即便爆炸对地球生命影响也不会很大,我们只会看到一颗与满月亮度差不多的星星。
但有一个例外,就是爆炸时如果发生伽马射线暴,并且正好对准地球射过来,我们就会吃不了兜着走。发生在4.45亿年前的奥陶纪大灭绝,有些研究认为就是被超新星爆发的伽马射线暴照射的结果,这颗超新星是两颗中子星相撞引发,距离我们6000光年。
不过,像参宿四这样质量并不算太大的恒星发生伽马射线暴的概率很小,即便发出也不一定就正好对着地球,因此,请各位把心放在肚子里,该吃吃该喝喝,吃饱喝足洗洗睡吧。你说呢?欢迎讨论点评。
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