超新星——一顆巨恆星的死亡，宇宙中最壯觀的事情之一，巨大的爆炸能夠照亮整個宇宙。巨恆星的生命揮霍地很快，死得也很早，在恆星的核心內部溫度和壓力都是巨大的。恆星中心溫度的內部溫度可以達到10億度。

它是一顆滴答作響的定時炸彈，一顆巨大恒星的生命中最後幾分鐘，是難以形容的能量爆炸，是我們在宇宙中看到的最具災難性的事件。它的亮度比構成銀河系的數千億顆恆星的總體亮度還要亮！

然而，這些恆星的死亡同時也是生命演化的關鍵。我們的存在離不開超新星，可以說，沒有超新星，我們就不會存在。

當然，不是每顆恆星都有資格成為超新星的，想要成為超新星，科學家們認為它的質量至少要比我們的太陽大8倍。

太陽主宰著我們的太陽系，所以我們很容易把太陽想像成一個難以置信的巨大物體，但是如果我們的太陽與宇宙中其他一些巨大的恆星相比絕對是很小的。

有一些巨大的恆星，我們肉眼也能看到。在夜空中有一顆亮度排第十星星，它是一個紅色超巨星，大約是太陽質量的15倍，那就是——參宿四。

參宿四非常巨大，如果把它放在我們的太陽系裡，它會延伸到木星的軌道上。它是銀河系中最大的“猛獸”之一，同時也是一顆瀕臨死亡的恆星。

參宿四的年齡不到1000萬年，它馬上就要爆炸了。一旦發生，我們將看到天空的一片區域在14天內變亮，直到它幾乎和滿月一樣亮。這將是歷史上最壯觀的表演之一。

參宿四爆炸時天空的景像想像圖

而且，它隨時都可能發生！也就是說，在夜晚，當我們抬頭看獵戶座，看到參宿四，說不定你能就看到它爆炸了。

那麼是什麼讓參宿四變成超新星呢？

【超新星的生命過程】

要了解一顆巨恆星的死亡，我們就需要了解它的生命過程。從誕生到死亡，一顆恆星的生命就是一場永不停息的戰鬥。

重力不斷地向內拉，而能量卻不斷向外推，在恆星的內部正在將無數個原子核融合在一起。原子相互撞擊，距離非常非常接近，如果它們離得足夠近，它們就會粘合在一起，形成一個更大的原子，同時產生巨大的能量。

一顆巨恆星每一秒鐘就會聚變75億噸的氫。這個能量大約相當於，每秒1000億顆原子彈。這絕對是一個巨大的爆炸。

這種爆炸性的能量可能會把恆星給炸開，但恆星自身巨大的引力就像有個蓋子給蓋住了。

可以這麼說，宇宙中的一切都是向內的引力與向外的壓力或能量之間的戰爭。天空中的每一顆星星，甚至我們的太陽都是一個令人難以置信的動態戰場。

在很多方面，恆星實際上是一種大到無法炸開的爆炸，是引力將其凝聚在一起。這兩種對立力量的戰爭決定了恆星的生與死。

這就是尺寸的重要性所在，恆星質量越大，向內的引力就越大，同時恆星向外的推力也就越大，以維持自身的生存。

非常大的恆星就像服用了類固醇的恆星，它們有很多燃料可以燃燒。它們的能量非常巨大，以至於它們以極快的速度耗盡燃料。

像參宿四這樣的大質量恆星是巨大的工廠，這個工廠將較輕的元素融合成較重的元素，但最艱苦的工作要到它們的最後幾年才開始。

在它們生命的90%時間裡，它們將氫聚變成氦，但最終，氫開始耗盡。在超巨星的核心有一系列的聚變過程，從較輕的元素到較重的元素，並且聚變的速度越來越快，死亡倒計時開始了。

來自引力的向內推力起了作用，提高了內核的溫度，氦開始聚變成碳。由於恆星核心有足夠的氦，所以可以維持一百萬年。當然，相比於整個恆星的生命週期，這個時間還是很短的。

所以氦也會很快用完，然後核聚變開始加速，碳被熔合成氖。這需要大約1000年的時間。

接下來就是氖聚變成矽，這大約需要一年的時間。一旦開始將矽熔化成鐵，這只需要一天的時間。

此時的恆星已經變得越來越瘋狂，這有點像一個烹飪比賽節目，隨著時間的流逝，他們想做的事情越來越多，他們會變得越來越手忙腳亂，直到，叮，時間到了。

正當這顆恆星正處於垂死掙扎之中，一旦鐵的生產開始，這顆恆星的“喪鐘”就敲響了。

一個巨大的鐵球在垂死的恆星的中心形成，這個鐵球直徑達幾千英里，溫度高得令人難以置信。在恆星中心的溫度可達到10億度。

這種高溫是由核聚變反應引起的，越來越多的反應產生越來越重的元素。每一步，產生的能量越來越少，直到產生鐵。

當試圖融合鐵核時，核聚變反應不但不會再產生能量，而且還會吸收能量所以一旦核心開始聚變鐵，它基本上就在竊取自己的能量。不斷增長的鐵核從恆星中吸收越來越多的能量，而與此同時，引力仍然在向內拉。

也就是說，本來恆星就是靠著核心的核聚變反應生產的能量在維持平衡，而現在，聚變鐵時，不但不幫著恆星對抗引力，反而助紂為虐，對恆星進行反戈一擊。

於是整個恆星的核心被擠垮了，這顆星注定要滅亡，引力獲勝最終勝利。鐵芯的邊緣崩塌了，數万億噸的高密度鐵以1/4的光速向內墜落。這顆恆星現在只剩不到一秒的生命了。

事情很快就會分崩離析，核心坍縮的速度是如此之快，以至於恆星的外層甚至沒有時間做出反應它們就掛在那裡。

這有點像你手上托著一個東西，突然你把手抽走，你手上的東西不會立即掉下去。

接著恆星的其餘部分坍塌了，一億億億億噸的氣體隨著鐵向內噴射，最終引發了宇宙中最劇烈的爆炸。壯觀的致命一擊，可以使星系中所有的星星都黯然失色。

爆炸的超新星

【抓住超新星】

但有一個問題，科學家們仍然不能完全理解：一個坍塌的鐵球和大量下降的氣體是如何形成一個巨大的火球的？

這個崩塌的內核是如何引發大規模爆炸的，這是天體物理學中最大的謎團之一。

這涉及到一些人類已知的最複雜的天體物理學，而科學家們卻並不完全了解。

這個過程的細節，科學家們遺漏了一些東西。

因為我們發現超新星幾乎總是太遲了，之所以這麼說，是因為當你看到的是恆星變亮，這是在事件發生後才看到的。

所以現在的關鍵不是找到一顆超新星，而是找到我們稱之為爆發的時刻。這次爆發是一顆巨星的死亡之聲，這是核心坍塌後的那一刻。

當恆星在一束巨大的可見光閃光中爆炸，在整個天文學歷史上，這一時刻只被捕捉過兩次——一次是由美國國家航空航天局價值數百萬美元的太空望遠鏡開普勒拍攝的; 另一次是由一個非常幸運的阿根廷業餘愛好者拍攝的。

有個業餘天文學家叫維克多·布索，他院子裡的天文台裡有一個很好的望遠鏡，他不停地拍攝著恰巧在他頭頂上的同一個星系的照片。

他只是碰巧看到了，天空中正確的區域，幸運的是，他捕捉到了超新星爆發的衝擊波。抓住這個時刻的機會是千萬分之一。維克多捕捉到的是衝擊波到達表面的瞬間。他真的很幸運。

維克多注意到這個斑點，出現在他的照片上。意識到自己捕捉到了一顆爆炸恆星發出的第一道閃光，他提醒了全球的專業天文學家。

維克多抓拍到的超新星爆發的衝擊波

天文學家Alex Filippenko和他的團隊監測了這顆恆星發出的越來越亮的光。

他們在研究buso超新星發出的光時發現，當一種衝擊波，一種穿過恆星的超音速波從表面爆發出來時，這個物體會在短時間內迅速變亮。當它到達邊緣時，巨大的能量被釋放為巨大的閃光。

這是令人震驚的時刻，巨大的衝擊波以每小時近三萬英里的速度傳播，穿過恆星的表面，並把它撕成碎片，然後起爆。

科學家們在地球上看到了爆炸產生的衝擊波，它們可以穿越氣體、液體和固體包括塌縮恆星的外層。

觀察到衝擊波到達恆星表面的過程非常重要，因為維克多成功地捕捉到了一顆恆星變成超新星的瞬間，這是一個科學寶藏。

爆炸的衝擊波就像宇宙中的金粉，曇花一現，只持續了20分鐘——這在天文學的時間尺度上只是一眨眼。

【超新星爆炸之謎】

但是什麼引發了衝擊波呢？這只是一個反彈的問題嗎？

超新星的衝擊波，也許可以用籃球來解釋。

關於一顆爆炸的恆星，核反應會在核心中發生，然後外層會以極高的速度向內核墜落，然後它會反彈。

恆星的結構給了它非常多的能量，當垂死的恆星燃燒它的燃料時它產生了不同的元素層——核心是重鐵，上面是一層層較輕的元素。

所以，假設只有一層，就有一個反彈，就像扔一個球到地上，它反彈得不高。

但假設它像恆星一樣排列，重的在底部，輕的在頂部。就會如下圖一樣，網球就會彈得非常高。

這是因為籃球彈跳的能量向上轉移了。

同樣的事情也會發生在坍塌的恆星中，但是會有更多的層，所有不同的元素都向內坍塌，較重的層首先撞擊緻密的內核，將能量傳遞給較輕的內核，這就產生了衝擊波。

但這種能量不足以將衝擊波一路推到恆星外。

問題是，當科學家們用計算機模型仔細觀察時，發現它不起作用，衝擊波似乎停止了。計算機的模擬結果，無法讓恆星爆炸。

五十年來，科學家們都不知道問題出在哪裡。科學家們懷疑其中有其他原因。像參宿四這麼大的恆星死亡時，它的爆炸會發出衝擊波在太空中能傳播數万億英里。但這些衝擊波是如何產生的幾十年來一直困擾著科學家。

科學家們認為，應該是來自恆星內核的一種全新的能量來源，能夠真正導致恆星最終分裂的東西。

科學家們懷疑這種能量來自一種神秘的粒子，叫做中微子。

中微子是一種對我們來說仍然有點神秘的基本物理粒子。它們幾乎就像幽靈一樣，它們會穿過我們身體卻不會接觸到我們。

很像光的粒子，光子。但與光子不同的是，中微子不帶電荷，它們可以穿過恆星、行星和我們。

那麼它們是從哪裡來的呢？科學家們猜測恆星本身就是這個源頭。

在恆星核心的中間，正在產生一種叫做中子星的東西——一種神奇的、超壓縮的物質球。直徑只有大約16公里左右。

當恆星的鐵核坍塌時原子被擠壓在一起，質子和電子被迫結合而形成中子，這個過程釋放出大量的中微子。

儘管中微子是宇宙中最豐富的粒子之一，但眾所周知，它很難被探測到。

但在1987年，科學家們非常幸運，他們得到了一份絕妙的禮物。附近星系的一顆大質量恆星變成了超新星。

這是大約400年來第一顆肉眼可見的超新星。科學家們有很多的望遠鏡用來研究它的電磁波譜。

但是1987年的超新星引發了另一個科學儀器——一個隱藏在日本一座山下深處的中微子探測器。

山下深處的中微子探測器

這是與超新星有關的中微子爆發，這只是一個奇妙的驚喜，一個美妙的額外獎勵。

這是超新星發射中微子的確鑿證據。

可能中微子像個幽靈，它們不會輕易地從坍塌的恆星內核中緩慢地漂移出來，他們必須以爆發的形式才能出來。

超新星爆炸內部的神奇之處在於它的密度足以捕獲中微子，突然之間，就有了壓力。

當科學家們在計算機模型中加入中微子的壓力時，衝擊波離核心越來越遠。然而，超新星仍然沒有爆炸。

還需要一個因素——無序。

因為恆星是圓的，所以人們很容易認為超新星爆炸也會是圓的。但是超新星並不完全對稱，來自衝擊波和中微子的能量是混亂的。會以一種不可預測的方式加熱氣體。它們引起熱氣泡上升，然後下降，再上升，再下降。

這是一種沸騰的運動，這給氣體帶來了大量的湍流。

於是，研究人員把所有的成分都加到一台超級計算機上，然後讓它運行。

當衝擊波離開核心的時候，它會在上面墜落的元素中產生微小的漣漪，漣漪變成了巨大的晃動的波浪，中子爆發出的中微子，加熱了上面的元素層，導致它們起泡和上升。

最終，高溫與這些劇烈運動產生的壓力結合在一起，將衝擊波像星際海嘯一樣噴發出來，將恆星粉碎成碎片。

計算機模擬結果

事實證明，恆星確實會爆炸，大自然知道它在做什麼。剛開始計算機模型，太簡單了，所以超新星無法爆炸。一旦模型變得更加複雜，就要開始考慮恆星的所有維度，超新星模型就會開始爆炸。

衝擊波穿過了所有組成大質量恆星的元素層，只要幾個小時就能到達外緣，並觸發第一道閃光。

【仙后座“a”】

但這道閃光只是超新星的開始，這場壯觀的燈光秀才剛剛開始。

關於超新星的一個有趣的事情是，當恆星爆炸時，它不會立即達到最大亮度。這需要幾天甚至幾週的時間。

第一道閃光是超新星爆炸的一部分，這道閃光將成噸的物質噴射到垂死恆星周圍的太空中。但正是這些噴射出來的碎片讓超新星發光，它們的發光程度往往比爆炸本身還要亮。

重元素是在大質量恆星的核心內部形成的，但更重的元素是在爆炸本身的事件中形成的。

當恆星撕裂的時候，溫度和壓力都是巨大的。曾經構成恆星層的元素融合在一起，然後創造出更重的元素。其中一些是有放射性的，這些放射性元素的衰變實際上就產生了光。

這使得它在更長的一段時間內，擁有更多的亮度。這片明亮閃亮的物質雲，可以持續數月甚至數年。這些超新星殘骸像宇宙煙火一樣照亮了宇宙。

這些通常都是夜空中非常美麗的東西。但這些並不只是漂亮的燈光秀，它們對星系和恆星系的演化起著至關重要的作用。

一些必要的成分，比如硫，磷以及碳和氧。它們都是建造一個像地球這樣的岩質行星所必需的元素。這些元素也只能在大質量恆星內部形成，並且只能通過超新星爆炸傳播。

美國宇航局的錢德拉太空望遠鏡研究了銀河系中最著名的天體之一——超新星遺跡仙后座“a”。

仙后座“a”是一個相對年輕的超新星殘骸，甚至還不到400年。自從仙后座“a”爆炸後，一直在擴大。現在它的直徑是29光年，利用x射線，錢德拉太空望遠鏡觀察了這片巨大星雲的內部。

仙后座“a”

科學家們發現，這次事件噴出的物質，創造了比地球質量大幾萬倍的重要物質。70000倍地球質量的鐵，還有100萬倍地球質量的氧氣。這些元素對生命，對地球，對我們都很重要。

所以說，我們血液中的鐵，骨骼中的鈣，都是在數十億年前超新星爆炸中形成的。

這項新研究揭示了，更不尋常的事情。仙后座“a”也擁有構成生命的元素。

科學家們在那顆超新星殘骸中看到了DNA所必需的每一個原子。我們的DNA分子是由曾經存在於大質量恆星核心的物質組成的。

【殭屍恆星】

幾千年來，人類一直對天空中出現的明亮的新星感到好奇。隨著不斷的觀察到超新星，科學家們發現，並不是所有的超新星都是一樣的，它們有很多種。

有些是白矮星從一個雙星中竊取物質，然後變得非常大，最終導致爆炸的結果。

除此之外，所有其他超新星，都是在自身引力作用下坍縮的大質量恆星。

科學家們還根據是否存在氫，對超新星進行了分類，把超新星分為I型或II型。

如果把來自超新星的光分解成不同的顏色，就得到了它的光譜。如果光譜中有氫的特徵，那就是II型超新星。如果缺氫，那就是I型。

或許你會認為，既然科學家已經對超新星進行分類了，那麼一定對超新的研究的差不多了。然而，事實上並沒有。超新星還有很多未知之謎。

2014年9月，一顆超新星出現在大熊星座，明亮光持續了600天。當科學家們檢查記錄時，他們發現60年前，在同一地點發現過一顆超新星。

一顆恆星似乎在一次又一次地死亡。這顆特別的恆星是科學家們以前從未見過的。它看起來很奇怪，在幾年的時間裡，它實際上變亮和變暗了大約五次。

從總能量的角度來看，每一次的增亮都可以稱得上是一顆超新星。這顆超新星似乎永遠不會消亡。

那麼這怎麼可能在同一顆恆星上一再地發生呢？一顆恆星怎麼會有多次死亡呢？這真的像是一個殭屍恆星。

經過研究，科學家們認為，答案就在於其龐大的規模。

這顆恆星，是一顆非常大的恆星，大約是太陽質量的100倍或更多。這是一顆恆星在不分裂的情況下的最上限。

這顆恆星是如此之大，以至於核心的反應非常驚人。這些高能的反應，產生的不僅僅是元素，同時產生了伽馬射線。

伽馬射線是你能想像到的最具能量的光，是伽瑪射線的巨大能量支撐著垂死的恆星，對抗著向內推的引力。

但它也影響著伽瑪射線本身，超過一定能量的伽馬射線，會做出一些奇怪的事情：它們可以把自己變成物質。

我們都知道，物質可以轉變成能量，這就是原子彈與氫彈的原理。愛因斯坦的質能方程讓我們知道了，質量能轉變成非常多的能量。

事實上，這個過程也可以逆向的。即能量也會轉變成物質。科學家們所說的宇宙大爆炸就是整個宇宙是由一個純能量點在一個巨大的爆炸中產生的。

所以這個過程同樣發生在這顆巨大恒星的核心，這種轉變影響了恆星核心引力和能量之間的微妙平衡。核心開始崩塌，當它坍塌時，會產生更多的能量，這種能量從恆星的外層洩漏出來。

於是，我們突然間看到了變亮的恆星。它會多次變亮或變暗，每次都會釋放一些物質，但不會完全爆炸。這幾乎是超新星級別的能量，這就是一開始愚弄天文學家的原因。

最終，脈搏停止了，恆星平靜了下來，準備再活一些時候。天文學家仍然不知道這顆“殭屍”恆星是否已經最終死亡。

【“變色龍”超新星】

但這並不是唯一一顆讓科學家們撓頭的神秘超新星。超新星sn 2014c同樣讓科學們感到奇怪。

當sn 2014c 第一次被發現的時候，氫並不存在，所以它最初被歸類為I型。

但後來，氫突然出現了，科學家們意識到，這實際上是II型。這是一種變色龍超新星，從I型，不含氫到II型，充滿氫。

超新星是如何從沒有氫變成有氫的？

變色龍超新星讓科學家們很困惑，直到他們用核星x射線望遠鏡觀察它時，才揭示了這顆恆星為什麼會噴發出大量的氫。

那次噴發大量的氫，並非發生在超新星爆發期間，而是幾十年前的事。這顆恆星質量很大，相對來說也不穩定。大約在一個世紀前，它經歷了一次爆炸——沒有大到成為超新星。

但它排出了恆星中所有的氫，所以它是I型。然後恆星又爆炸了，超新星噴發出的氣體，撞向了恆星爆炸前排出的氫。一旦噴射出的氣體撞進去，就會導致氫氣發光，然後科學家們在光譜中看到了氫，所以它變成了II型。

科學家對超新星了解得越多，它們就變得越複雜。科學家們認為，可能還有未被發現的超新星。

【恆星的生死循環】

一顆巨恆星的死亡——它不僅僅是一場史詩般的爆炸，同時它又是釋放了形成我們周圍宇宙的元素風暴。

宇宙中有一個奇妙的生死循環。每一顆恆星都是從誕生，然後過著自己的生活最後死去。當它們死亡時，它們用新的原子和新的化學物質豐富了宇宙。這些物質繼續形成新的恆星和新的行星。

從爆炸中吹出的塵埃形成了壯觀的星際雲——星雲。而星雲是恆星的搖籃，包括我們的太陽系。

科學家們擁有確鑿的證據證明我們的太陽係是從超新星的灰燼中誕生。

首先超新星爆炸時，會產生了一些非常罕見的放射性元素。而這些放射性元素我們今天仍然可以在太陽系中看到。

而且在我們的星球上隨處可見，並且只在超新星中產生。這證明了地球和太陽係是由46億年前爆炸的恆星產生的。

而且超新星對地球的影響不只是在誕生之前，在地球的整個生命週期中，同樣會不時地影響著地球。

科學家們有一些證據表明大約在250萬年前，曾發生過一次特殊的超新星爆炸。這次爆炸使地球上沉積了一種特殊的鐵——鐵60。

這種放射性元素是超新星爆發時產生的。在這個時期的化石中發現有很多鐵60的元素，它們嵌在地球的地殼中。

而250萬年前，地球上的生命發生了巨大的變化。非洲大部分的森林被草原所取代，各種植物和動物滅絕，許多新的物種出現了。

但是，超新星是如何在不徹底毀滅地球的情況下如此戲劇性地改變地球上的生命的呢？

關鍵就是距離。超新星爆炸時會產生大量的伽馬射線，超新星中的一些難以置信的能量就以伽馬射線束的形式離開恆星。如果這顆超新星離地球足夠近，那束射線指向地球，那麼臭氧層就會受到損害。

臭氧層破壞會引發基因突變，並引發不同形式的植被，從而殺死海洋中的藻類。突變驅動著所有生命形式的進化，從最簡單的到最複雜的。

所以可以想像，由於一顆相對較近的超新星的爆發引發突變導致了產生早期人類，和後來的智人。這實際上影響了地球上生命的進化，尤其是人類。

所以超新星雖然具有非常暴力的一面，但是在太陽系的形成過程中，以及我們人類的形成過程中有很多步驟都與超新星密切相關。

它們創造了化學元素，甚至可能促進了我們的進化。所以還是那句話，如果沒有爆炸的恆星，我們很可能就不存在了。從某個角度上講，我們每個人都是一顆死亡的恆星所變成的。

這些史詩般的爆炸，正在揭開我們存在的最大的謎團。超新星的故事隨著每一個新發現而變得更加有趣和復雜。

我們每個人都要感謝超新星，但現在還是請你離我們遠一點。