附近的超新星爆炸會(huì)威脅到地球上的生命嗎？

數(shù)十億年來(lái)，地球的保護(hù)性大氣層一直庇護(hù)著生命，創(chuàng)造了一個(gè)避風(fēng)港，進(jìn)化產(chǎn)生了像我們這樣的復(fù)雜生命形式。

這臭氧層在保護(hù)生物圈免受致命的紫外線輻射方面起著關(guān)鍵作用。它阻擋了太陽(yáng)99%的強(qiáng)大紫外線輸出。地球的磁層也為我們提供庇護(hù)。

但太陽(yáng)相對(duì)溫和。臭氧層和磁層在保護(hù)我們免受強(qiáng)大的超新星爆炸的傷害方面有多有效？

每百萬(wàn)年——地球 45 億年壽命的一小部分——一顆大質(zhì)量恒星就會(huì)在距離地球 100 秒差距（326 光年）的范圍內(nèi)爆炸。我們之所以知道這一點(diǎn)，是因?yàn)槲覀兊奶?yáng)系位于太空中一個(gè)巨大的氣泡內(nèi)，稱(chēng)為本地氣泡.

這是一個(gè)海綿狀的空間區(qū)域，氫密度遠(yuǎn)低于氣泡外。在過(guò)去的1000萬(wàn)到2000萬(wàn)年中，一系列超新星爆炸形成了這個(gè)氣泡。

超新星是危險(xiǎn)的，一顆行星離超新星越近，它的影響就越致命。科學(xué)家們推測(cè)了超新星爆炸對(duì)地球的影響，想知道它是否引發(fā)了大規(guī)模滅絕或至少部分滅絕。

超新星的伽馬射線暴和宇宙射線會(huì)消耗地球的臭氧，并使電離紫外線輻射到達(dá)地球表面。這些效應(yīng)還會(huì)在大氣中產(chǎn)生更多的氣溶膠顆粒，增加云層覆蓋并導(dǎo)致全球變冷。

一篇新的研究文章自然 通訊 地球與環(huán)境研究超新星爆炸及其對(duì)地球的影響。它的標(biāo)題是”地球大氣層保護(hù)生物圈免受附近超新星的影響。"

主要作者是來(lái)自塞浦路斯尼科西亞塞浦路斯研究所氣候與大氣研究中心的Theodoros Christoudias。

局部氣泡并不是過(guò)去幾百萬(wàn)年中附近核心坍縮超新星（SNe）的唯一證據(jù)。海洋沉積物還含有⁶⁰鐵，鐵的放射性同位素，半衰期為260萬(wàn)年。

SNe 驅(qū)逐⁶⁰當(dāng)它們爆炸時(shí)，F(xiàn)e進(jìn)入太空，表明附近的一顆超新星在大約200萬(wàn)年前爆炸。還有⁶⁰沉積物中的鐵表明大約800萬(wàn)年前的另一次SN爆炸。

研究人員將SN爆炸與晚泥盆世滅絕大約3.7億年前。在一篇論文中，研究人員發(fā)現(xiàn)植物孢子被紫外線灼傷，這表明某種強(qiáng)大的東西耗盡了地球的臭氧層.

事實(shí)上，在晚泥盆世滅絕之前，地球的生物多樣性下降了大約30萬(wàn)年，這表明多個(gè)SNe可能發(fā)揮了作用。

地球的臭氧層在不斷變化。當(dāng)紫外線能量到達(dá)它時(shí)，它會(huì)分解臭氧分子 （O3）。這消散了紫外線能量，氧原子再次結(jié)合成 O3。循環(huán)往復(fù)。

這是所涉及的大氣化學(xué)的簡(jiǎn)化版本，但它有助于說(shuō)明循環(huán)。附近的超新星可能會(huì)壓倒這個(gè)循環(huán)，耗盡臭氧柱的密度，并允許更致命的紫外線到達(dá)地球表面。

但在這篇新論文中，Christoudias和他的同事們認(rèn)為，地球的臭氧層比想象的要有彈性得多，并且在100秒差距內(nèi)提供了足夠的SNe保護(hù)。

雖然以前的研究人員已經(jīng)模擬了地球的大氣層及其對(duì)附近SN的反應(yīng)，但作者說(shuō)他們已經(jīng)改進(jìn)了這項(xiàng)工作。

他們使用具有大氣化學(xué)的地球系統(tǒng)模型（EMAC）模型模擬了地球大氣層，以研究附近SNe爆炸對(duì)地球大氣層的影響。

作者說(shuō)，使用EMAC，他們已經(jīng)模擬了地球大氣層的“復(fù)雜的大氣環(huán)流動(dòng)力學(xué)，化學(xué)和過(guò)程反饋”。

這些需要“模擬平流層臭氧損失，以響應(yīng)電離升高，導(dǎo)致離子誘導(dǎo)的成核和顆粒生長(zhǎng)為CCN”（云凝結(jié)核）。

他們寫(xiě)道：“我們假設(shè)附近有一個(gè)具有代表性的SN，其大氣中的GCR（銀河宇宙射線）電離率是現(xiàn)有水平的100倍。這與大約100秒差距或326光年外的超新星爆炸有關(guān)。

作者解釋說(shuō)：“兩極上空的最大臭氧消耗量小于目前南極洲上空的人為臭氧空洞，這相當(dāng)于臭氧柱損失60-70%。

“另一方面，對(duì)流層中的臭氧有所增加，但它完全在最近人為污染造成的水平之內(nèi)。

但是，讓我們切入正題。我們想知道地球的生物圈是否安全。

全球電離輻射比正常水平高出100倍的最大平均平流層臭氧消耗量約為10%。這與我們的人為污染造成的減少量大致相同。它不會(huì)對(duì)生物圈產(chǎn)生太大影響。

“雖然意義重大，但這種臭氧變化不太可能對(duì)生物圈產(chǎn)生重大影響，特別是因?yàn)榇蟛糠殖粞鯎p失發(fā)生在高緯度地區(qū)，”作者解釋說(shuō)。

但那是針對(duì)現(xiàn)代地球的。在前寒武紀(jì)時(shí)期，在生命以多種形式爆發(fā)之前，大氣中只有大約2%的氧氣。SN將如何影響這一點(diǎn)？

“我們模擬了2%的氧氣大氣，因?yàn)檫@可能代表了陸地上新興生物圈仍然對(duì)臭氧消耗特別敏感的條件，”作者寫(xiě)道。

“中緯度地區(qū)的臭氧損失約為10-25%，熱帶地區(qū)則低一個(gè)數(shù)量級(jí)，”作者寫(xiě)道。在兩極的最低臭氧水平下，來(lái)自SN的電離輻射實(shí)際上最終可能會(huì)增加臭氧柱。

“我們得出的結(jié)論是，大氣臭氧的這些變化不太可能對(duì)寒武紀(jì)期間陸地上新興的生物圈產(chǎn)生重大影響，”他們總結(jié)道。

全球變冷呢？

全球降溫將會(huì)增加，但不會(huì)達(dá)到危險(xiǎn)的程度。在太平洋和南大洋上空，CCN可能會(huì)增加100%，這聽(tīng)起來(lái)很多。“這些變化雖然與氣候有關(guān)，但與原始工業(yè)化前的大氣和當(dāng)今受污染的大氣之間的對(duì)比相當(dāng)。

他們說(shuō)它能使大氣冷卻的量與我們現(xiàn)在加熱的大氣量大致相同。

研究人員指出，他們的研究涉及整個(gè)生物圈，而不是個(gè)人?！拔覀兊难芯繘](méi)有考慮暴露于升高的電離輻射對(duì)人類(lèi)和動(dòng)物造成的直接健康風(fēng)險(xiǎn)，”他們寫(xiě)道。

根據(jù)個(gè)人情況，隨著時(shí)間的推移，個(gè)人可能會(huì)暴露于危險(xiǎn)水平的輻射中。但總的來(lái)說(shuō)，盡管紫外線輻射增加了100倍，但生物圈仍然會(huì)嗡嗡作響。我們的大氣層和磁層可以處理它。

“總的來(lái)說(shuō)，我們發(fā)現(xiàn)附近的SNe不太可能導(dǎo)致地球上的大規(guī)模滅絕，”作者寫(xiě)道。

“我們得出的結(jié)論是，我們星球的大氣層和地磁場(chǎng)有效地保護(hù)了生物圈免受附近SNe的影響，這使得生命在過(guò)去數(shù)億年中在陸地上進(jìn)化。

這項(xiàng)研究表明，只要超新星爆炸保持距離，地球的生物圈就不會(huì)受到太大影響。

本文最初發(fā)表于今天的宇宙.閱讀原文.

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