cooper lee的部落格

　　每當夜裡仰望星空中閃亮的明星，不論各民族皆有淒美動人的
神話，牛郎織女每年一度鵲橋相會，屬於中國人的情人節。事實上
星體也有生命周期，如同生物一般，從誕生到死亡。活在地球上的
人類多半存在著空間感，屬於三度空間的生物，可是在無限空間的
宇宙之中，時間就相形變得重要。人們眼睛見到就為真嗎？當人們
見到一顆星體的死亡，或許早已是幾十萬年前的歷史，見到一顆星
期的誕生，或許這時已經垂垂老矣。如果人們居住的宇宙皆是有限
的壽命，世間何來永恆之說？不過死亡也是重生的開始，生生死死
，死死生生，質能不滅，永恆不過只在生死之間。

　　超新星：英文ｓｕｐｅｒｎｏｖａ，也稱（ｎｏｖａ）當恒星
爆發時的絕對光度超過太陽光度的１００億倍、新星爆發時光度的
１０萬倍時，就被天文學家稱爲超新星爆發了。一顆超新星在爆發
時輸出的能量可高達１０的４３方次焦耳，這幾乎相當於我們的太
陽在它長達１００億年的主序星階段輸出能量的總和。超新星爆發
時，抛射物質的速度可達１００００千米／秒，光度最大時超新星
的直徑可大到相當於太陽系的直徑。１９７０年觀測到的一顆超新
星，在爆發後的３０天中直徑以５０００公里／秒的速度膨脹，最
大時達到３倍太陽系直徑。在這之後直徑又開始收縮。

　　根據現在的認識，超新星爆發事件就是一顆大質量恒星的「暴
死」。對於大質量的恒星，如質量相當於太陽質量的８～２０倍的
恒星，由於質量的巨大，在它們演化的後期，星核和星殼徹底分離
的時候，往往要伴隨著一次超級規模的大爆炸。這種爆炸就是超新
星爆發。現已證明，１５７２年和１６０４年的新星都屬於超新星
。在銀河系和許多銀河外星系中都已經觀測到了超新星，總數達到
數百顆。可是在歷史上，人們用肉眼直接觀測到並記錄下來的超新
星，卻只有６顆。出現超新星爆發這樣的宇宙級「暴力事件」概率
有多大呢？



　　雖然在每個星系中這一概率是很小的，但由於現在能觀測到很
多銀河外星系，所以在每年中都能觀測到相當多的河外超新星事件
。可是，從１６０４年以來，在我們銀河系中還沒有再次觀測到超
新星。這可能是因爲宇宙塵埃的存在遮擋住了出現在銀河系的某個
角落中的超新星的光芒。天文學家把超新星分爲兩種類型。兩種類
型的超新星在爆發時的光變曲線形狀很不相同。Ｉ型光變曲線的峰
值很「銳」，絕對峰值光度約爲太陽光度的１００億倍，爆發後變
暗時速度緩慢；Ⅱ型光變曲線的峰值稍「鈍」一些，絕對峰值光度
約爲太陽光度的１０億倍，爆發後很快變暗。

　　兩類超新星的光譜也很不相同。在光度最大時Ⅱ型超新星的光
譜中只有氫的ａ線比較明顯，大約１個月後會出現比較多的發射線
和微弱的吸收線。Ⅰ型超新星在光度對大時出現寬的發射線和很強
的吸收線，此後將出現氫ａ線和電離鈣線。Ⅱ型超新星比Ⅰ型超新
星出現的概率要高些。根據現在的超新星理論，Ⅰ型超新星來自質
量相當於太陽質量的恒星。一種解釋是它來自雙星系統。如果雙星
系統的一顆子星是質量大到接近上限的白矮星，當另一顆子星的物
質沖向白矮星並墜落其上時，就可能發生規模極大的爆炸，這時白
矮星會升級而變成中子星。

　　這種過程可以産生超新星級的巨大能量。Ⅱ型超新星則來自質
量比太陽質量大得多的恒星，比如來自質量相當於１０～１００倍
太陽質量的恒星。爆發前它們已經演化到了紅巨星階段，爆發就發
生在紅巨星的星核中。由於質量的巨大，在紅巨星膨脹到相當於太
陽系這樣大時，其星體的溫度還很高；它的外層大氣的密度也近乎
均勻一致。這些條件使得爆發時的衝擊波能夠以恒定的速度從星核
傳輸到表層，光度最大時表面溫度可能達到１００００開，抛射物
質的速度達到５０００公里／秒。這正是觀測到的實際情形，超新
星産生的衝擊波攜帶著星殼物質沖向更遠處的星際介質。



　　物質間的碰撞「點亮」了原有的和新形成的星際介質，使它們
發出光芒。這就是我們在夜空中觀測到的超新星遺迹。其中著名的
一個是在天鵝座中的圈狀星雲。除了在可見光區觀測到的超新星遺
迹外，通過專門用來觀測來自太空的Ｘ射線的人造衛星「愛因斯坦
天文臺」，人類發現了不少天上的Ｘ射線源，其中有３０個以上是
Ｘ射線超新星遺迹。１５７２年出現的隆慶彗星即第古新星，就留
下了Ｘ射線遺迹。超新星衝擊波使得星際介質溫度高達幾百萬開並
輻射出強烈的Ｘ射線。這是一顆典型的Ⅰ型超新星。使用射電望遠
鏡可以發現僅由最稀薄氣體構成的超新星遺跡。

　　比如射電天文學家最先發現了仙后座Ａ這一超新星遺跡，後來
在光學波段也發現了它的極暗弱的對應體。超新星爆發和宇宙線的
産生也有一定的關係。星際介質中的粒子運動速度一般都在每秒幾
十千公尺範圍內，但是也有某些特殊情況——有的粒子運動速度可
以接近光速，這就是宇宙線。宇宙線是由一些物質粒子如電子、質
子等組成的，在本質上完全不同於電磁波。一般說來，由於地球大
氣對宇宙線的吸收作用，有探測宇宙線必須到大氣層之外。如果搭
乘氣球上升到５０公里的高空，就可以用底片拍攝宇宙線的蹤跡，
只有極少數能量極高的宇宙線可以到達地球表面。

　　但是當高能宇宙線與地球大氣發生作用時，會引發一種閃光效
應，同時産生二級宇宙線，在地球表面探測二級宇宙線是相對容易
的。實驗證明一些能量較低的宇宙線受到太陽活動的影響。比如太
陽活動有一個１１年左右的周期，而觀測到的低能宇宙線也隨著這
個周期而有所變化。另外當太陽活動增強時會使得地球周圍的磁場
增強，從而使在地球上觀測到的宇宙線活動減弱。相反地宇宙線流
量的最大值往往出現在太陽耀斑等活動最小的時刻。觀測也表明，
絕大部分宇宙線是來自遙遠的宇宙深處的超新星爆發，因爲宇宙線
常常會因爲星際磁場的作用而改變運動方向。



　　宇宙線在與星際介質發生作用時，會輻射出ｒ射線；而ｒ射線
是電磁波，運動方向不再受磁場的影響。美國太空總署曾發射了專
門觀測宇宙ｒ射線的人造衛星。觀測結果表明，宇宙ｒ射線的分佈
與發現的超新星的分佈有很好的相關性。這就在很大程度上支援了
宇宙線來自超新星爆發的觀點。超新星事件和新星事件還有一個本
質性的區別，即新星的爆發只發生在恒星的表面，而超新星爆發發
生在恒星的深層，因此超新星博愛法的規模要大的多。超新星爆發
時散落到空間的物質，對新的星際介質乃至新的恒星的形成有著重
要的貢獻，但這些物質來自死亡恒星的外殼。

　　超新星處於許多不同天文學研究分支的交彙處，超新星作爲許
多種恒星生命的最後歸宿，可用於檢驗當前的恒星演化理論。在爆
炸瞬間以及爆炸後觀測到的現象涉及各種物理機制，例如中微子和
引力波發射、燃燒傳播及爆炸核合成、放射性衰變及激波同星周物
質的作用等。而爆炸的遺跡如中子星或黑洞、膨脹氣體雲起到加熱
星際介質的作用。超新星在産生宇宙中的重元素方面扮演著重要角
色。大爆炸只産生了氫、氦以及少量的鋰。紅巨星階段的核聚變産
生各種中等質量元素（重於碳但輕於鐵）。而重於鐵的元素幾乎都
是在超新星爆炸時合成的，它們以很高的速度被抛向星際空間。



　　此外超新星還是星系化學演化的主要「代言人」。在早期星系
演化中，超新星起了重要的反饋作用。星系物質丟失以及恒星形成
等可能與超新星密切相關。由於非常亮，超新星也被用來確定距離
。將距離同超新星母星系的膨脹速度結合起來就可以確定哈勃常數
以及宇宙的年齡。在這方面，Ｉａ型超新星已被證明是強有力的距
離指示器。最初是通過標準燭光的假定，後來是利用光變曲線形狀
等參數來標定化峰值光度。作爲室女團以外最好的距離指示器，其
校準後的峰值光度彌散僅爲８％，並且能延伸到Ｖ＞３００００ｋ
ｍｓ－１的距離處。

　　Ｉａ超新星的哈勃圖（更確切地說是星等－紅移關係）現在成
爲研究宇宙膨脹歷史的最強有力的工具：其線性部分用於確定哈勃
常數；彎曲部分可以研究膨脹的演化，如加速，甚至構成宇宙的不
同物質及能量組分。利用Ｉａ超新星可用作「標準燭光」的性質還
可研究其母星系的本動。高紅移Ｉａ超新星的光變曲線還可用於檢
驗宇宙膨脹理論。可以預計由於宇宙膨脹而引起的時間膨脹效應將
會表現在高紅移超新星光變曲線上。觀測資料表明紅移ｚ處的Ｉａ
超新星光變曲線寬度爲ｚ＝０處的（１＋ｚ）倍，這爲膨脹宇宙理
論提供了又一個有力的支援。