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第30章 宇宙辐射枪

我们继续往前走,看一看超新星的“军火库”中陈列的另一件武器;从杀伤力的角度看,它可是数一数二的。

星际间的空间充满着亚原子颗粒——质子,中子,甚至整个氦原子核——这些颗粒高速运动,有的甚至接近光速。它们统称为“宇宙射线”(cosmic rays)或者CRs,是由维克托·海斯(Viktor Hess)于1912年发现的。他发射了一个装有简单的辐射观测装置的热气球。之前人们认为,大部分辐射是接近地面的(由于大部分放射性元素都在地面),但是随着热气球越升越高,辐射水平提高了,这也就意味着肯定有来自太空的辐射。

辐射源是什么呢?哦,对,应该是来自一颗爆炸的恒星……

正如前面提到的,恒星爆炸时会产生巨大的震荡波。震荡波把大量能量注入喷射出的气体,使得它们加速运动。向外扩张的气体中的每一个亚原子颗粒会被震荡波翻来覆去作用很多次,导致了惊人的速度。当它最终逃脱,速度可以达到光速的99.9999%。

研究表明,超新星耗费“巨资”打造的这些“亚原子子弹”是非常危险的,它可以通过很多途径伤害地球上的我们。

当宇宙射线(CRs)进入大气层,它们会电离(甚至破坏)其中的分子。例如,臭氧分子就有可能在遭遇宇宙射线攻击时被破坏。有关临近的超新星的研究显示,宇宙射线对于臭氧层的破坏与来自伽马射线的破坏效果类似。还记得吧,与伽马射线源的距离超过25光年就不会受到什么伤害,因此我们可以认为,在来自更远的超新星发出的宇宙射线的攻击下,臭氧层是可以幸免的。

糟糕的是,当宇宙射线撞到大气层中的分子,会产生非常多的、危险的“二级颗粒”。这些颗粒像炮弹碎片一样扩散开来,把破坏的范围扩大了。当这些被称为“介子”(muons)的二级颗粒倾注到地球表面,危险随之而来:介子会进入组织,破坏细胞和DNA。一股足够大的宇宙射线波袭击地球的大气层后,会向整个星球辐射介子,杀死大量的动物和植物。

这种影响很难模型化。宇宙射线会受到磁场的影响,在银河系复杂的磁场作用下,它们的轨道和速度都有可能发生改变,因此也就无法精确地弄清影响的程度和范围。太阳,甚至是地球的磁场也会参与其中,使得这场“游戏”的结局更加扑朔迷离。尽管如此,科学家们还是试图评估这种状态,由于不确定性因素太多,最终得出的结果的范围也比较宽:有些模型中,超新星只有在离我们几光年的距离时才可以通过宇宙射线伤害我们,而其它的模型则把这个距离扩展到1光年。你一定会与我有同感:这个结论让人不怎么放心,因为在这个距离内有很多恒星可能会爆炸(如附录的表格中显示的)。

还好,我们可以通过回顾历史寻找一些安慰。上述模型中最极端的预测是:大量的辐射会灭绝地球上的所有生物;介子的穿透力相当惊人,它会挖地三尺,深入水下,所有生物都无处可藏。可是,到目前为止,我们还都安然无恙,这也就从一个侧面证明,“温和”些的模型更准确。

然而,宇宙射线的影响不止这些。如在第二章中提到的,当臭氧被入侵的宇宙射线分解,会形成二氧化氮,进而形成硝酸。即使一股来自超新星的相对温和的宇宙射线,也会显著增加降落的酸雨的量。从目前的情况看,研究介子事件的模型还比较少,研究由此引发的酸雨的模型就更少了。希望在于,超新星要对我们造成这方面的伤害,还需要走得更近一些,而到底多近才算“合适”,这个话题还在讨论中。

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