超新星:爆發釋放出的能量相當於1000多個百萬噸級的氫彈爆炸

超新星是宇宙中非常罕見的一種天文現象。根據科學家們的推測，在超新星爆發時，釋放出的能量相當於1000多個百萬噸級的氫彈爆炸。

這種超新星爆發時，恆星會把絕大部分質量都拋射掉，這就帶來了巨大的能量。在很短的時間內，恆星的亮度會增加幾十萬倍，在夜空中變得十分耀眼，像是一顆剛誕生的星，所以被稱為新星。如果恆星的爆發變得更為猛烈，亮度會在短時間內增加上千萬倍，這樣的恆星爆發就被稱為超新星。

恆星在走到生命盡頭的時候，核心的溫度就開始降低。從這時起，它發出的能量不足以維持自身的質量造成的巨大引力，於是就會產生結構的失衡，進而導致整個星體向中心坍縮。恆星的外殼開始冷卻，如果這個恆星的質量足夠大，就會發生劇烈的爆炸。這個爆炸過程就是超新星的爆發。當質量很大的恆星爆發的時候，它的亮度能夠在瞬間達到太陽亮度的百億倍，這幾乎與銀河系的總亮度相同。一個恆星爆發之後會帶來兩種結果。一種結果是，恆星在爆炸後解體，形成氣體和塵埃的混合物向四周擴散，最後成為一團彌散的星際物質，這顆恆星就此消失在宇宙中。另一種結果是，恆星的外殼在爆炸後解體膨脹，形成星雲。內核在經過坍縮之後，變為一個密度極高的天體，進而繼續演變為恆星的終極階段。中國古代的天文學家在1054年就觀測到了超新星的爆發。在一個獨立的星系中，超新星的爆發是非常罕見的天文現象，但在整個星系系統中，每年都能觀測到很多這樣的爆發。1987年2月，在大麥哲倫星系中觀測到了一顆超新星的爆發，這是200年來第一次可以用肉眼觀測到的超新星爆發現象。

除了在可見光的區域觀測超新星，科學家們還使用專門的設備來觀測太空中的X射線，其中就有被稱為「愛因斯坦天文台」的人造衛星。通過這類設備，人們在宇宙中找到了很多X射線源，其中的30多個射線源都是超新星爆發的遺迹。根據中國古代的天文觀測記載，1572年出現的隆慶彗星，也被稱為第古新星，就是超新星留下的痕迹。

科學家還通過射電望遠鏡來觀測宇宙中存在的超新星痕迹，這些痕迹都是由十分稀薄的氣體和塵埃構成的。通過射電望遠鏡，天文學家在仙后座發現了仙后座A，這是一個超新星爆發的遺迹，而且後來在光學望遠鏡中也發現了亮度非常低的對應部分。

超新星的爆發和宇宙射線也有很大關係。在星際介質中，粒子的運動速度通常都在一個比光速低很多的範圍之內，但是也會有特殊情況。有些粒子的運動速度就可以接近光速，這種粒子就是宇宙射線。這些射線和電磁波不同，是由粒子組成的，其中包括質子和電子等。通常來說，因為地球的大氣層能夠吸收宇宙射線，所以如果想要探測到這些射線，就要來到大氣層之外。如果我們能夠來到距離地表50千米外的太空中，就能用相機底片來記錄宇宙射線。所有宇宙射線中，只有極少部分的高能射線能夠穿過大氣層到達地表。當這些高能宇宙射線與大氣層中的氣體摩擦時，會發生閃光效應，同時發出二級宇宙射線。在地表測量這些二級射線相對來說比較容易。

實驗證明，能量比較低的宇宙射線會受到太陽活動的影響。太陽活動的周期大約為11年，在地球上觀測宇宙射線的強弱周期和太陽的活動周期呈相關趨勢。當太陽的活動增強時，地球的磁場也會隨之增強，因此我們在地球上觀測到的宇宙射線也會變弱。與之相對的，我們能觀測到宇宙射線的峰值的時期，正是太陽活動最弱的時期。同時，這些觀測能夠表明，絕大部分宇宙射線都是宇宙深處的超新星爆髮帶來的。

因為宇宙中存在很多星際磁場，宇宙射線經過磁場時，方向會發生改變，因此我們通常無法準確地判斷宇宙射線的源頭。但是，當宇宙射線和星際中的介質發生相互作用時，會產生γ射線。因為γ射線是一種電磁波，而波是不會受到磁場影響的。利用這個特點，美國宇航局向太空中發射了專門用來觀測γ射線的人造衛星。通過這些衛星的觀測，宇宙中的γ射線分布與超新星遺址的分布呈現出明顯的相關性。這個發現在很大程度上能夠證明宇宙射線來自超新星爆發。

宇宙中還存在一種新星現象，看起來和超新星爆發有些相似，但是兩種現象有本質的區別。新星爆發是發生在恆星表面的，超新星爆發發生在恆星的內部，因此超新星爆發具有更大的規模和能量。超新星爆發之後，星際物質散落到宇宙空間里，可能形成新的恆星。

超新星現象是天文學研究中的很多分支形成重合的部分。很多恆星生命的最終歸宿就是超新星。超新星爆發，能夠用來檢驗恆星的演化理論是否正確和完備。在超新星爆發的瞬間，涉及諸多物理定律，比如中微子和引力波的發射，以及爆炸核的形成和放射性衰變。超新星爆發之後形成的遺迹，可能形成膨脹的氣體雲，也可能形成中子星或者黑洞。這些天體在宇宙中又形成了星際介質。

超新星爆發能夠在宇宙中產生重元素。形成宇宙的大爆炸只生成了氫元素和氦元素。當恆星發展到紅巨星階段時，恆星內部發生核聚變，形成中等質量的新元素。但是比鐵元素的分子量大的元素，則都通過超新星爆發形成。這些元素在爆發中具有很高的速度，向宇宙空間發射。除此之外，超新星還帶來了宇宙中的化學演化。在早期的星系形成過程中，超新星起到了重要作用。

因為超新星爆發時具有很高的亮度，因此也能夠被用來測量宇宙中星體的距離。根據距離和超新星所在的星系的膨脹速度，就能確定宇宙的年齡。

恆星具有的巨大質量，是導致超新星爆發的主要原因。這些大質量恆星內核的溫度很高，而且在自身產生的巨大引力之下，溫度會進一步提升。因為溫度升高，恆星內核的核聚變不斷升級，直到整個內核都變為鐵元素。因為鐵的性質十分穩定，不會進一步發生聚變，這時恆星內核的反應就將停止。這時，內核的溫度能夠達到幾十億攝氏度，恆星內部的熱量已經無法與自身引力帶來的壓力相抗衡。而且由於溫度升高，恆星中會產生大量中微子，這會消耗恆星內部的能量。引力與內部產生的力突然失衡，造成恆星向內劇烈坍縮，星體物質向恆星中心墜落時，會釋放出巨大的能量，這就是超新星的爆發過程。

根據超新星爆發時發出的光譜，可以把超新星分成兩大類。如果超新星發出的光譜不包含氫元素吸收線，就屬於Ⅰ型超新星，反之就是Ⅱ型超新星。兩個類型的超新星還可以根據不同元素吸收性再繼續細分。在科學家們看來，這些觀測上的區別能夠解釋超新星的不同來源。對Ⅱ型超新星來說，它們的來源是基本能夠確定的，但是對於Ⅰ型超新星的來源，天文學家們持有不同的意見。從亮度上來說，Ⅰ型超新星比Ⅱ型超新星亮度要高。

一些超新星中沒有氦元素，但是存在硅元素。這些超新星可能源自白矮星的爆發。這顆白矮星可能處於一個密近雙星系統中，從它的伴星中不停地吸收宇宙物質，直到這顆白矮星的密度達到錢德拉塞卡極限。此時，白矮星的簡併性無法抵消自身的巨大引力，會發生坍縮，形成中子星或者黑洞。在探索過程中，白矮星餘下的碳元素和氧原子結合，發生核融合反應，產生衝擊波，使星球發生爆炸。這個過程和新星的爆發十分相似，只是在新星爆發中，星球的密度沒有達到錢德拉塞卡極限，所以不會發生坍縮現象，只是在星球表面形成融合反應。

超新星之所以會突然具有超高的亮度，是因為爆發時釋放出的巨大能量。爆發開始之後，亮度不會馬上就消失，而是會持續很長一段時間，這是因為放射性的鈷元素衰變為鐵元素，並釋放能量。

還有一種宇宙中的天體爆發現象被稱為超超新星。這樣的天文現象是一些具有超大質量的恆星造成的。這類恆星因為本身具有的巨大質量，會在生命行將結束時直接坍縮為黑洞。這個過程會發出兩股具有極大能量、速度接近光速的噴流，並且向外釋放強烈的γ射線。這有可能是宇宙中大量γ射線的來源。

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