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γ射线爆发

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宇宙中 γ射线源的一种短暂的猛烈的爆发。这种爆发是克莱比塞得和斯特朗等于1973年根据“维拉”卫星上 γ射线探测器的观测资料发现的。分析表明,这种爆发同地球、月球、太阳和行星都没有关系,肯定发生在太阳系以外,因此,被称为宇宙 γ射线爆发(简称 γ爆发)。它是二十世纪七十年代天体物理学的重大发现之一。

γ 爆发的重要特征之一是辐射变化剧烈而迅速。辐射能随时间变化的曲线(称为时间轮廓)通常是由若干个分立的脉冲组匙去乘成。由辐射发生显著变化的时间τ可以推测爆发源的近似直径d,因为τ不应小于信息通过源体所需的传播时间,即cτ≥d,式中c为光速。根据此式,由“阿波罗”16号测得的爆发源直径不超过 1,500公里。1976年测得一个上升时间只有一毫秒的γ爆发,其源体直径不超过 300公里,是迄今测得的最小爆发源。γ爆发的辐射能量范围从几千电子伏到几兆电子伏,它在地球处的总能流在3×10-6~1.5×10-3尔格/(厘米2·秒)之间,典型值则为10-4尔格/(厘米2·秒)。设γ爆发的辐射是各向同性的,若γ爆发发生在离我们最近的恒星处(近似地取为3光年),其辐射功率将为1034尔格/秒。即使把爆发源的直径估计得大些,假定为2,000公里,从它的每单位表面辐射的γ射线能量也比太阳上每单位表面辐射的总能量大几百万倍。而酷尝捆事实上,爆发源的距离很可能比3光年远得多,因此,γ爆发是一种十分猛烈的爆发现象。在γ爆发的观测中,确定爆发源的方位和距离是一件很困难的事。

到1976年,已有记录的50多个事例中,仅有7个事例得到确定的方位,有9个事例各得到两个可能的方位全元。在这些方位上未找到任何已知的天体与之对应。只有一两个可能的方位与X射线源天鹅座X-1有关。爆发源的方向视分布呈各向同性,统计方法处理后略呈向银道面聚集的趋势。爆发源的距离至今无法确定。某些观测资料有利于爆发源位于银河系内的看法。

科学家们认为,“伽马射线”每隔500万年左右就会对地球生物造成一次致命的影响。如此计算,从地球上有生命诞生以来,“伽马射线”爆发至少给地球生命带来了1000次的灾难性伤害。  6500万年前,一颗撞向地球的小行星导致恐龙灭绝,然而据英国煮鸦糊渗《新科学家》杂志披露,来自外太空的杀手远不止小行星一个,早在4亿年前,地球曾经历过另外一照骗喇匪次生物大灭绝,而罪魁祸首就是银河系恒星坍塌后爆发的“伽马射线”。

伽马射线爆是迄今人们所知道的最具破坏力的爆炸。古生物学证据显示,在4.43亿年前的奥陶纪时代,“伽马射线”曾是引发过去5亿年中地球上最大的5次大灭绝的“罪魁祸首”之一。

每隔500万年灭地鸦煮墓球一次

科学家们认为,“伽马射线”每隔500万年左右就会对地球生物造成一次致命的影响。如此计算,从地球上有生命诞生以来,“伽马射线”爆发至少给地球生命带来了1000次的灾难性伤害。但因为没有留下明显的痕迹,所以我们对这些远去的伤痛知之甚少,科学家们能做的只是沿着已经掌握的线索去进一步揭开历史的神秘面纱。

以前科学家对奥陶纪晚期的生物大灭绝(这次生物灭绝被称作“奥陶纪大灭绝”,在生物进化史上五次最为严重的大灭绝中排名第二)都归于突然而至的冰河期,但却无法解释是什么引发了冰河时代(冰河时代的出现往往是在一个温暖的时期气候突然发生巨大变化,使生物一时难以适应,从而导致大批生物灭亡)。而大陆漂移又是一个十分长期的过程,不可能在很短的时间内灭绝大批生物。但是,科学家认为由“伽马射线”引发的二氧化氮层却可以有效地阻挡住太阳光,从而引发气候的巨变,可能导致地球生物灭绝。

伽马射线爆致生命灭绝

科学家们在研究了4.43亿年前的三叶虫化石后,得出了结论:伽马射线爆确实是导致四亿年前那场浩劫的元凶。

一支由天体物理学家和古生物学家组成的研究小组在研究三叶虫化石时发现,三叶虫灭绝时的形态模式,与伽马射线爆来临时所造成的后果十分相似。而堪萨斯州大学天体物理学家梅洛特指出,天文学家迄今探测到的伽马射线爆,都来自遥远的星系,到达地球表面时是无害的,但如果伽马射线爆就发生在我们的星系内并直接冲向地球,那么后果将不堪设想。在那种情况下,地球大气层会吸收绝大部分伽马射线,高能射线会撕裂氮气和氧气分子,形成大量氮的氧化物,特别是有毒的棕色气体二氧化氮。这些二氧化氮会遮挡住一半以上的太阳光线,使其无法到达地球表面,使植物难以进行光合作用,动物无法采光保暖,地球突然进入冰河期,而冰河期将持续50多万年。同时,二氧化氮还会破坏臭氧层,使地球表面生物长期受到过量紫外线的照射,从而导致地球生物的灭绝。

捕捉伽马射线爆

天文学家们认为,伽马射线爆是宇宙里能量最大的爆炸,它爆炸产生的能量比太阳光要强10亿兆倍。伽马射线爆首次被发现是在1973年,但三十多年过去了,科学家们仍然无法对伽马射线爆为何有如此强大的能量作出解释,因为伽马射线爆发生时仅持续几秒钟的戒船再时间,而且在发生的时间上也毫无规律可寻。

几年前,一架卫星探测器终于捕捉到了伽马射线爆发生时那极其宝贵的瞬间。这次伽马射线爆持续的时间特别长,有30秒,离地球还很近(只有20亿光年的距离,通常是100亿至120亿光年的距离,而光年是光以每秒30万千米左右的速度在一年所走的距离,一光年约为10万亿千米。)而且爆炸的余晖持续了两周时间(这是前所未有的)。可以说,这次成功捕捉为科学家们研究伽马射线爆提供了绝好的机会。

科学家们发现,伽马射线爆其实就是与星球大量毁灭有关的超新星爆炸。但苦于一直找不到证据,也有理论认为存在其他的可能。

伽马射线两大杀手锏

伽马射线在“袭击”地球时,首先会破坏地球大气层中平流层的分子结构,形成新的氮的氧化物(如二氧化氮)和其他化学物质,使得地球被一层“棕褐色的烟雾”包围,而臭氧层也会遭到严重破坏。整个天空会变成棕褐色,强烈的紫外线可以直接照射到地球表面,这时的紫外线强度会比正常情况要强至少50倍,足以使地球生物丧命。到那时,大多数生活在地表或接近地表的生物,尤其是海洋浅水生物几乎都会灭绝,而深水生物则有可能幸免于难。

伽马射线的第二个“撒手锏”就是大量氮的氧化物的形成使得地球大气层温度下降,地表降温,进而导致冰河期的来临。就像4.43亿年前的那次生物大灭绝那样,在灾难来临前,地球上是“超乎寻常地温暖”,但就在地球上的生灵沉浸在这一“温暖”梦乡之时,噩梦却突然而至。

理论天体物理学家们对爆发源的本质、爆发机制和辐射过程等课题进行了初步的探讨,提出几十种模型。其中比较受重视的有两类:①等离子体相互作用模型,认为γ爆发发生于双星体系,其伴星为致密星或为中子星或为黑洞。由主星落向伴星的两股等离子流相遇时,相互碰撞可能产生γ爆发。②恒星耀斑模型,是根据γ爆发的时间轮廓同太阳硬 X射线爆发的时间轮廓颇为相似而提出来的。后来的研究表明,γ爆发的源可能是强磁场的白矮星上的耀斑。中国的一些天体物理学家也对γ爆发进行了探索性的研究。