反向衝擊波的出現原因在於超新星各部分物質拋射的初始速度不一樣，物質會以800至1400萬公里每小時的速度傳播，當速度慢的物質碰到後來追上來的物質之時，就會發生減速，並且將生成第二個衝擊波，如同“回首掏”，速度方向與初始衝擊波方向相反，說明“反向衝擊波”會往後移動。

出品：太空伊卡洛斯

本期太空伊卡洛斯將為大家講述宇宙中的超新星爆發，重點分析一下超新星爆發中出現的一個有趣現象，這是“反向衝擊波”。根據我們傳統的物理學常識，我們知道在一定的介質中，爆發、爆炸會形成衝擊波，於是能量在介質中傳遞，比如我們看到的原子彈、氫彈爆炸，衝擊波就格外明顯，推動外層空氣壓縮並且向前運動。在宇宙中也是如此，超新星爆發是宇宙中最強大的能量釋放之一，其代表這死亡、毀滅，但也代表著重生，因為超新星爆發可產生重元素，這些元素是構成生命的關鍵。

圖注：非常漂亮的仙后座A超新星遺蹟

在太陽系附近也有超新星爆發，比如科學家最喜歡觀測的仙后座A超新星遺蹟，這個超新星爆發時間可追溯到1680年，至今仍然在不斷膨脹中。在13年前，NASA啟動了一項觀測計劃，使用錢德拉x射線天文臺等平臺對仙后座A超新星遺蹟進行全程盯梢式觀測，掌握其在一個固定時間段內的變化規律。在過去13年內，我們看到了仙后座A超新星遺蹟中出現的藍色衝擊波震盪，該過程還會發射強X射線等。

圖注：仙后座A超新星遺蹟的三張觀測圖像，代表不同物質分離過程。

仙后座A超新星遺蹟基本情況

仙后座A超新星遺蹟距離地球大約1.1萬光年，發現時間在1947年，到了1999年7月23日，NASA通過錢德拉射電望遠鏡發現該殘骸中心出現了一顆中子星，符合超新星爆發之後的殘留物。錢德拉射電望遠鏡第一次觀測時就給科學家們帶來了新的科學成果，這顆中子星也開始輻射出X射線，，這一發現為科學事業開啟了新篇章。通過觀測仙后座A超新星遺蹟，我們建立了超新星殘骸的三維模型，發現了在超新星爆發中與生命誕生有關的一些重要元素，比如鐵元素、鈦44、鎳元素等。

圖注：在2000年至2007年之間的觀測記錄，藍色條紋為衝擊波

反向衝擊波的出現原因

基於錢德拉望遠鏡的X射線數據、哈勃太空望遠鏡等觀測數據，我們掌握了仙后座A超新星遺蹟在可見光、紅外光下的基本情況。反向衝擊波的出現原因在於超新星各部分物質拋射的初始速度不一樣，有著物質會以800至1400萬公里每小時的速度傳播，當速度慢的物質碰到後來追上來的物質之時，就會發生減速，並且將生成第二個衝擊波，可免疫數光年，如同“回首掏”般神奇。這種衝擊波速度方向與初始衝擊波方向相反，說明“反向衝擊波”會往後移動。雖然通常來講，這種反向衝擊波的傳播速度遠遠低於初始衝擊波，NASA經過大量的觀測發現，在仙后座A超新星遺蹟的衝擊波中，有一些正好與我們所認為的相反。但它們的速度出現了下降，出現這種現象有可能是因為在最初的衝擊波開始向外傳播的時候，碰到了一些物質，並且開始減速。就像是在交通堵塞的高速公路上發生了一起車禍，其他車子便會向後移動，原理是相同的。

圖注：藍色箭頭代表的就是反向衝擊波

值得一提的是，反向衝擊也帶動了新的發現，仙后座A超新星遺蹟周圍塵埃、氣體中粒徑較大的顆粒可“躲避”反向衝擊波的干擾，比如大約有11.8%的硅酸鹽顆粒、15.9%的無定形碳顆粒就能避開反向衝擊波的干擾。當然，不同超新星釋放物質中的成分不同，我們慶幸也觀測到硅元素、碳元素的存在，這些都是構成我們地球生命的關鍵元素。從另一個方面來說，超新星爆炸雖然極具破壞力，但也能夠創造出一些重元素，為下一次恆星誕生奠定基礎。

圖注：殘骸中的元素分佈圖，我們可以看到鐵、硅、鎂的出現，對生命的誕生有積極意義

殘骸中發現中子星

作為大質量恆星爆炸後的產物，中子星已經在仙后座A超新星遺蹟中存在。中子星的半徑很小，只有10至20公里，但密度卻相當於原子核，可以想象中子星上的引力有多麼強大。一個70公斤的人撞上中子星上，相當於2億噸的TNT能量釋放，落入中子星表面的物體速度也達到每秒15萬公里，但仍然沒有超出光速。

圖注：等超新星遺蹟上的塵埃、氣體消散之後，就剩下一顆孤零零的中子星

這說明中子星上的事件我們仍然可以看到了，如果中子星在繼續升級，就是黑洞了，逃逸速度超過光速，連光都無法逃脫。在仙后座A超新星遺蹟中發現反向衝擊波，似乎是對中子星新生涯的一種開啟儀式，在此之後，超新星遺蹟將逐漸消散，我們也看不到反向衝擊波，那麼再過億萬年，就是一顆孤零零的中子星在那兒了。