北京時間1月9日，1987年2月，美國宇航局戈達德太空飛行中心的年輕研究員尼爾·格雷爾斯（Neil Gehrels）登上了飛往澳大利亞內(nèi)陸的飛機。軍用飛機。格里爾斯攜帶了一些特殊貨物：一個聚乙烯太空氣球和一套他剛剛在實驗室建造的輻射探測器。他的目的地是愛麗絲泉，北領(lǐng)地的一個偏遠小鎮(zhèn)。在那里，格里爾斯將使用這些設(shè)備在地球大氣層上方觀察宇宙中最令人興奮的事件之一：銀河系附近衛(wèi)星星系中的超新星。

與許多超新星一樣，SN 1987A 宣告了一顆大質(zhì)量恒星的劇烈坍縮。這次爆炸的獨特之處在于它距離地球非常近。它是自1604 年開普勒超新星（SN 1604）以來距離我們最近的超新星。 SN 1604是迄今為止銀河系中最后一顆肉眼可見的超新星。德國天文學(xué)家開普勒記錄了這次爆炸，中國的《明史》中也有記錄。自SN 1604以來，科學(xué)家們提出了許多問題，為了回答這些問題，有必要對新的超新星事件進行進一步觀察。一個問題是：超新星距離毀滅地球上的生命有多遠？

早在20 世紀(jì)70 年代，研究人員就假設(shè)附近超新星的輻射會破壞地球的臭氧層，使植物和動物暴露在有害的紫外線下，并進一步導(dǎo)致大規(guī)模滅絕。利用SN 1987A 的新數(shù)據(jù)，格里爾斯現(xiàn)在可以計算出超新星會產(chǎn)生嚴(yán)重影響的理論破壞半徑。此外，他還可以計算垂死恒星出現(xiàn)的半徑。內(nèi)的概率。

最重要的是，可能存在一顆離地球足夠近的超新星，大約每十億年就會對地球臭氧層產(chǎn)生巨大影響。但這種情況并不經(jīng)常發(fā)生，目前還沒有發(fā)現(xiàn)威脅太陽系的恒星。然而，地球已經(jīng)存在了46 億年，生命也已經(jīng)存在了大約一半的時間，這意味著超新星可能發(fā)生在過去的某個時刻。問題是，這次爆炸到底是什么時候發(fā)生的？由于超新星主要影響大氣層，因此很難找到確鑿的證據(jù)。

天文學(xué)家在銀河系周圍的宇宙中尋找線索，但超新星最令人信服的證據(jù)來自海底。這聽起來有點矛盾。在海底水下山脈裸露的基巖上，一種被稱為鐵錳結(jié)殼的黑色礦物以極其緩慢的速度緩慢生長。在這種礦物的薄層中，記錄了地球的歷史，從中我們可以獲得附近超新星的第一個直接證據(jù)。

詹姆斯·海因在夏威夷附近收集的鐵錳結(jié)殼。盡管它們的外觀很普通，但這些巖石具有重要的科學(xué)意義

這些關(guān)于古代超新星爆炸的線索對科學(xué)家來說很有價值，他們推測超新星可能在地球生命的進化過程中發(fā)揮了鮮為人知的作用，而這一事件很可能是地球生命故事的一部分。為了了解超新星如何影響地球上生命的延續(xù)，科學(xué)家需要將超新星爆炸的時間與地球上的關(guān)鍵事件（例如大規(guī)模滅絕或進化跳躍）聯(lián)系起來。做到這一點的唯一方法是追蹤超新星爆炸沉積在地球上的碎片，即找到我們星球上主要融合在超新星內(nèi)部的那些元素。

稀有放射性金屬衰變緩慢，因此它們的存在是恒星死亡的確鑿證據(jù)。最有希望的候選者之一是Fe-60，這是一種鐵同位素，比普通同位素多四個中子，半衰期約為260 萬年。然而，找到分散在地球表面的Fe-60 原子并不是一件容易的事，而且只有極少量的Fe-60 到達了我們的星球。在陸地上，F(xiàn)e-60 會被天然鐵稀釋或經(jīng)歷數(shù)百萬年的侵蝕，最終被水沖走。

于是，科學(xué)家們把目光轉(zhuǎn)向了海底，發(fā)現(xiàn)鐵錳結(jié)殼中含有Fe-60原子。這些巖石的形成過程有點像石筍：它們都是從液體中沉淀出來，一層層堆積起來的。然而，錳鐵殼由金屬組成，形成更寬的殼形狀，不像石筍是分離的。尖錐體。鐵錳結(jié)殼主要由鐵和錳的氧化物組成，但也含有元素周期表上幾乎所有金屬的微量元素，從鈷到釔。

當(dāng)鐵、錳和其他金屬離子從陸地沖入海水，或從海底火山噴口噴發(fā)時，它們與海水中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，形成固體物質(zhì)，沉降到海底或漂浮在周圍，直到附著在水流的一些硬殼上。鐵錳結(jié)殼在海底巖石區(qū)域首次形成的確切過程仍然是個謎。一旦第一層巖石堆積起來，更多的巖石層就會堆積起來，最終達到25厘米的厚度。

因此，鐵錳結(jié)殼可以充當(dāng)宇宙歷史學(xué)家，記錄海水化學(xué)成分的變化，包括可能表明恒星垂死的元素。 20 世紀(jì)80 年代，地質(zhì)學(xué)家在夏威夷西南部發(fā)現(xiàn)了最古老的鐵錳結(jié)殼之一，其歷史可追溯到7000 萬年前。當(dāng)時，恐龍還在地球上漫游，印度次大陸還只是南極洲和亞洲之間的一個島嶼。

鐵錳結(jié)殼的生長是科學(xué)已知的最慢的過程之一，每百萬年僅增加約5 毫米。相比之下，人類指甲的生長速度大約快700 萬倍。原因很簡單：海洋中每十億個水分子所含的鐵原子或錳原子不到一個，它們必須抵抗流經(jīng)洋流的拉力和其他化學(xué)相互作用，然后才能錨定在新的地殼層中。

克勞斯克尼利用從太平洋4,830 米深處收集的鐵錳結(jié)殼追蹤了鐵同位素Fe-60。這些結(jié)殼的厚度可達25 厘米。

與緩慢生長的鐵錳結(jié)殼不同，超新星爆炸幾乎是瞬間發(fā)生的。在最常見的超新星類型中，恒星首先耗盡氫和氦燃料，然后其核心開始燃燒較重的元素，直到最終產(chǎn)生鐵。這個過程可能需要數(shù)百萬年，但恒星的最后時刻只需要幾毫秒。當(dāng)重元素在恒星核心積聚時，核心變得不穩(wěn)定并內(nèi)爆，以四分之一光速將外層吸入核心。但核心中粒子的密度很快阻止了內(nèi)爆，引發(fā)了一場大規(guī)模爆炸，將一團恒星碎片射入太空，其中包括Fe-60 同位素，其中一些最終進入了鐵錳地殼。

德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)的實驗物理學(xué)家Klaus Knie 是最早在鐵錳結(jié)殼中尋找Fe-60 的人之一。然而，他的團隊既不研究超新星，也不研究鐵錳結(jié)殼。相反，他正在開發(fā)測量各種元素稀有同位素的方法，包括Fe-60。另一位科學(xué)家測量了一種鈹同位素，可用于確定鐵錳結(jié)殼的年代。因此克勞斯克尼決定測試同一樣品中的Fe-60。此時他已經(jīng)知道Fe-60是在超新星中產(chǎn)生的?，F(xiàn)供職于亥姆霍茲重離子研究中心的克尼表示：我們是宇宙的一部分，如果我們看向正確的地方，我們就有機會把這種“天體物理”物質(zhì)握在手中。

研究中使用的鐵錳結(jié)殼也是從距離夏威夷不遠的海底獲得的。測試結(jié)果表明，位置確實選擇正確?？藙谒箍四岷退耐掳l(fā)現(xiàn)了一個帶有Fe-60 尖峰的地殼，其歷史可以追溯到大約280 萬年前，標(biāo)志著附近一顆恒星的死亡。這一發(fā)現(xiàn)具有重要意義。這是在地球上發(fā)現(xiàn)的第一個超新星遺跡的證據(jù)，精確定位了附近宇宙中最后一次超新星爆炸的大致時間（如果有更近期的事件，研究人員可能會發(fā)現(xiàn)更近期的Fe-60 尖峰）。然而，這一發(fā)現(xiàn)也促使克尼提出了一個有趣的進化論。

根據(jù)鐵錳地殼中Fe-60的含量，克尼估計超新星爆炸的地點距離地球至少有100光年。這是臭氧層可能被破壞的距離的三倍，但它的距離足以改變云的形成，從而改變氣候。雖然280萬年前沒有發(fā)生大規(guī)模滅絕事件，但確實發(fā)生了一些劇烈的氣候變化，而這些變化可能促進了人類的進化。大約在那個時候，非洲的氣候變得更加干燥，導(dǎo)致森林萎縮并被大片草原所取代。科學(xué)家認為，這種變化可能鼓勵我們的原始人類祖先從樹上下來，并最終開始用兩條腿走路。

與任何年輕的理論一樣，這個想法仍然是推測性的，并且有些學(xué)者不同意。一些科學(xué)家認為Fe-60 可能是由隕石帶到地球的，而另一些科學(xué)家則認為數(shù)百萬年前的氣候變化可能是由于溫室氣體濃度下降或北美和南美之間的海洋通道關(guān)閉造成的。解釋。然而，科尼和其他人的研究確實為科學(xué)家提供了新的工具，使他們能夠確定在地球附近經(jīng)過的其他可能更古老的超新星的年代，并研究它們對地球的影響。菲爾茲說：“我們可以利用這些暗淡、生長緩慢的巖石來研究爆炸恒星的快速發(fā)光，這是很了不起的，它們將來會告訴我們更多的故事?！?（任天堂）