超新星爆炸的能量有多大?

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超新星爆炸是恆星演化到後期到紅巨星段,當聚變能不能支撐恆星本身的引力時,恆星物質就快速向核心坍塌,在這個過程中恆星內部的高溫高壓使氦瞬間聚變為諸多重元素如碳、氧、氮…鐵等,這個聚變過程會釋放出巨大的能量導致超新星爆炸,爆炸的殘骸物質就是組成行星的輕重元素,這些物質被高速拋射入太空。這些組成行星的物質初始是熾熱的氣態,隨後在寒冷的太空中慢慢冷卻,形成正圓球狀規範行星。由於恆星不同層面壓力和溫度不同,因此,組成行星的這些殘骸物質組成的元素輕重也是有層次的。


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超新星爆發是指恆星演化至終點時發生的劇烈爆炸。人類歷史上發現並紀錄的第一顆超新星爆炸,是由我國《後漢書》記載的。“中平二年十月癸亥,客星出南門中,大如半筵,五色喜怒,稍小,至後年六月消”。這次超新星爆炸的光芒在天空中持續了八個月,即使是白天也清晰可見。天空中宛如出現兩個太陽。另一次著名的超新星爆炸,也由我們宋代天文學家進行過觀測紀錄,“至和元年己酉,客星晨出天關之東南數寸,嘉祐無年三月乃沒。”之所以說它“著名”,是因為我們至今仍然能觀測到它的殘骸,這就是眾所皆知的“蟹狀星雲”。

超新星爆炸所釋放的能量究竟有多大?有天文學家估計,這個能量相當於它在整個主序星階段所釋放能量的總和。以太陽為例,太陽每秒消耗的質量為427萬噸,代入到質能方程E=MC^2,可以感受到這個E是個無比巨大的數字。但這僅僅只是太陽一秒鐘釋放的能量。用這個數字乘以太陽的年齡46億年,約略就是可以得到超新星爆炸釋放能量的數量級。這個數字恐怕已經超出了人們的想象。

如果在地球範圍的幾十光年內,有超新星爆炸的發生,毋庸置疑,一定會導致地球生命的全部滅絕。爆炸帶來的高能粒子和伽瑪射線一旦掃過地球,對地球生物必將造成毀滅性打擊。

劉慈欣有一部科幻作品《超新星紀元》,描寫的就是這樣一個場景。御夫座一顆超新星突然爆發,導致地球上所有成年人以極快的速度相繼死亡。雖然只是一部科幻作品,但也側面告知了超新星爆發的可怕程度。


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超新星爆炸威力又多大?首先要明白什麼是超新星,“新星”是一切星中最驚人的,而且也實在是一切天界現象最驚人的。它們被叫做“新星”,其實並不是新生出的星,只是表面和大多數恆星一樣永恆闇弱的星,因為我們未知的緣故突然炸裂了而已。在幾小時之內,它們由不可見而一直升到不知若干倍的明亮。在它們暫時的光芒絕頂時,它們有時可以比得上最亮的恆星,而更稀少的時候竟可比得上最亮的行星的。以後它們又較遲緩地沉入比較的黑暗中去。

最美的新星在1572年出現於仙后座中。它常被稱為“第谷星”,因為那位著名天文學家雖非這顆星的第一個發現者,卻是第一個觀測者。那顆星突然升到和金星相等的亮度以後暗淡下去,約6個月以後消失不見。蛇夫座中的“開普勒星”比木星還要明亮。這顆星在1604年出現於天空,整整一年半都可為肉眼所見——當時還沒有望遠鏡可以繼續看下去。

20世紀初有4顆很亮的新星出現。英仙座

新星出現於1901年,比五車二亮一點。天鷹座新星出現於1918年,是300餘年來最亮的一顆,超過所有的恆星——除了天狼。在兩三天內它增加了差不多5萬倍的亮度。天鵝座新星在1920年幾乎和天津四一樣亮,正在這北方大十字(天鵝座)之頂。繪架座新星出現於1925年,最亮時達到1等。

這些都是突然出現的明亮新星。有許多新星最亮時也不能為肉眼所見的,其中有的是借攝影而得,無疑還有許多升起衰落而未被人望見的。有人推測每年有至少20顆可為小望遠鏡看見的新星在我們周圍恆星中突然出現,而此外還有無數顆在我們的銀河系以外。

總之,新星並不是非常稀罕的,在恆星的悠長的生命中大概每一顆都可以有這樣特別炸裂的時候的。但一想起我們的太陽也許有一天會這樣炸裂,那就更加有趣了。這樣的事件毫無疑問的要成為地球上生命的最大的災難。我們很驚奇在恆星的平常和順的動作中何以能生出這樣的炸裂來。天文學家利用望遠鏡、分光儀、照片,得到了不少關於這種突變現象的資料。我們現在說,新星伴隨著恆星的死亡而出現,是引力塌縮的後果。當晚期恆星的內核不再提供足夠能源時,引力開始發揮巨大威力,通過一系列劇烈的物理過程,釋放出巨大的能量。

這種釋放巨大能量的爆炸極其明亮,過程中所突發的電磁輻射經常能夠照亮其所在的整個,並可能持續幾周至幾個月才會逐漸衰減。而在此期間,一顆超新星所釋放的輻射能量可以與太陽在其一生中輻射能量的總和相當。恆星通過爆炸可以將其大部分甚至幾乎所有物質以高至十分之一的速度向外拋散,並向周圍的輻射。這種激波會導致一個由膨脹的氣體和塵埃構成的殼狀結構形成,這被稱作。超新星是星系潛在的強大來源。初級宇宙射線中來自超新星的佔了很大的比例。

恆星是宇宙的能源倉庫,是大自然建立複雜而巨大的工程的磚塊。它們都是極其熾熱的氣體的球,其中所含的氣體的量各星相差得並不太遠。但在大小方面卻有極大的不同,其直徑排列起來要從紅色超巨星的幾億千米到白矮星的幾萬千米。前者平均比空氣輕幾千倍,後者卻比水還重幾萬倍。在其中心,至少密度是極大而溫度也高得不可思議。有的恆星變光,使人想到脈動;有的會炸裂。如是如是便是所謂恆星。


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