1987年,中微子狂奔16萬光年到達地球,警告危險3小時後到來

1987年,中微子狂奔16萬光年到達地球,警告危險3小時後到來

人類的生存挑戰不僅來自於地球上,而且也來自於宇宙中。宇宙中的環境十分惡劣,能夠破壞人類DNA的有害射線充斥其中,其中以太陽輻射最多。每時每刻,都有大量的宇宙射線擊中地球。

不過,好在地球有一套機制來保護地球上的生命。首先,地球有一個強大的磁場。很多宇宙射線是高能帶電粒子,它們會被地球磁場偏轉,不會直接擊中地球。另外,還有像紫外線這樣的危險電磁輻射,它們主要來自於太陽光。電磁輻射不會被磁場偏轉,但地球大氣層中一層臭氧,它們可以吸收掉短波紫外線。

1987年,中微子狂奔16萬光年到達地球,警告危險3小時後到來

正因為有了地磁場和臭氧層,絕大部分的宇宙射線都無法到達地面,所以地球上的生命才能相安無事。不過,宇宙中還有一種更加致命的輻射可以威脅地球生命,那就是能量極高的伽馬射線。這種高能電磁輻射不但不會被地磁場偏轉,而且還會破壞臭氧層,使地球生命暴露在致命的宇宙輻射之下。

如果伽馬射線的劑量足夠高,就有可能引發地球生命大滅絕。在宇宙中,有一種明確的機制可以產生這樣危險的電磁輻射,這就是超新星爆發產生的伽馬射線暴。

1987年,中微子狂奔16萬光年到達地球,警告危險3小時後到來

宇宙中主要有兩類超新星,一類是大質量恆星(8倍太陽質量以上)的核心發生劇烈坍縮,導致超新星爆發。還有一類是白矮星吸收了伴星的物質,質量超過錢德拉塞卡極限,引發內部的核聚變失控,從而發生劇烈爆炸,成為Ia型超新星。超新星爆發的能量極高,相當於太陽在100億年裡所產生的能量之和。

先前的研究表明,早在4.5億年前,距離地球6000光年的一顆極超新星(能量是普通超新星的100倍)產生的伽馬射線暴,破壞了一半的臭氧層,地球上的生命暴露在紫外輻射中,由此可能造成了地球上的第一次物種大滅絕。對於普通的超新星,與地球的距離小於50光年,也會造成致命的結果。

1987年,中微子狂奔16萬光年到達地球,警告危險3小時後到來

正因為超新星對於地球生命的威脅確實存在,天文學家一直在尋找預測超新星爆發的方法。但問題是,超新星噴發出的伽馬射線暴,從本質上來說是一種能量非常高的光子,它們的傳播速度也是光速。因此,當伽馬射線暴朝著地球飛來時,在沒有擊中地球之前,我們根本不知道危險到來了。

轉機出現在1987年2月23日。當時,天文學家發現了一股很強的中微子到達地球。3小時後,同一方向出現了超新星爆發,這就是著名的SN 1987A。

1987年,中微子狂奔16萬光年到達地球,警告危險3小時後到來

此次超新星事件引發天文學家的強烈關注。過去四個世紀以來,人類已經沒有在銀河系中直接觀測到超新星爆發的過程。後來發現的超新星都在遙遠的河外星系中,距離太遠,難以觀測超新星的更多細節。雖然SN 1987A也不在銀河系中,但它位於銀河系的近鄰——大麥哲倫星系,距離地球僅16萬光年。

1987年,中微子狂奔16萬光年到達地球,警告危險3小時後到來

由於距離較近,再加上人類已經有了強大的天文望遠鏡,SN 1987A第一時間得到了充分研究。SN 1987A表明,超新星爆發是可以通過中微子進行提早預警。在超新星爆發之前,中微子會先被釋放出來。雖然中微子的速度不是光速,但足夠接近光速,所以它們可以比伽馬射線暴更早到達地球,起到預警作用。


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