南极的雪里藏着星星的尘埃
2019-09-23 20:00

南极的雪里藏着星星的尘埃

本文来自微信公众号:果壳(ID:Guokr42),作者:Marina Koren,翻译:Amaranth,编辑:八云,校对:窗敲雨,原标题:《星星远在天边?不,南极的雪里就藏着星星的尘埃》,Photo by Greg Rakozy on Unsplash


雪装在聚苯乙烯泡沫塑料箱中,来到了慕尼黑的实验室。这些雪来自南极洲的一个德国科学考察站。夏天让雪变得蓬松,如沙滩上的沙子般在风中飘动。两名科学家铲了500千克的雪。这些箱子储存在冰冻条件下,空运到冰架,然后海运至南非,最后抵达德国。在实验室里,研究人员将雪融化,筛出埋藏在其中的固体,并将它们扔进焚烧炉。


2011年南极的冰的卫星图像 | NASA


在分析灰尘时,科学家们发现了不寻常的东西:一种放射性铁。这种同位素叫铁-60,在地球上十分罕见。但它在太空中却很常见——当一颗恒星耗尽了发光的燃料后发生爆炸,接着便会产生大量的铁-60。


爆炸会将新生成的化学元素释放到宇宙中,有如成簇的蒲公英种子。这种放射性铁藏在灰尘的微粒内,在宇宙中滑行,落在它接触到的任何东西上。有时候,它会落在我们的星球上。


“这是真正的星尘,”澳大利亚国立大学物理学家多米尼克·科尔(Dominik Koll)说,“我们在地球上发现了它。”


其实,铁-60已经被发现了不止一次。最近在雪中发现星尘的团队里的部分队员,早在1999年便首次在太平洋海底发现了铁-60。研究者们研究了像树木年轮一样的岩石沉积物,寻找有关形成沉积物的环境的线索。大约280万年前形成的沉积物中出现了放射性铁,这表明,产生这种同位素的恒星也差不多在那个时候爆炸。这颗超新星的爆炸之处离地球足够远,因此没有摧毁地球,但又离地球足够近,能将宇宙碎片洒向地球。


德国阿尔弗雷德·韦格纳极地与海洋研究所 | physics.aps.org


科学家们知道,地球上其他地方肯定隐藏着更多的星际尘埃。“如果超新星下雨似的向地球洒下碎片,那不应该只能在一个地方找到它。星尘应该遍布整个地球。” 布莱恩·菲尔兹(Brian Fields)说。他是伊利诺伊大学的天体物理学家,同时也是最早提出在海底沉积物中寻找恒星碎屑的人之一。他说:“实际上,星尘应该覆盖了整个太阳系。”


二十年过去了,科学家再次发现了星际尘埃的证据,证明菲尔兹的预测是正确的。2016年的数份研究报告表明,放射性铁出现在了从太平洋、大西洋、印度洋挖出的海底沉积物中,以及在阿波罗任务中收集的月球土壤中。沉积物中出现的放射性铁可以追溯至800多万年前。在如此多的位置和时间点上都发现了铁-60,这表明它们不是来自一颗超新星,而是很多颗。


选择南极洲作为菲尔兹称之为“超新星考古学”的下一个挖掘地点似乎是正确的选择。天文学家已通过能看到宇宙深处的望远镜观测到许多超新星爆炸后的情形,但这个新领域提供了更多的本土材料来研究。科尔和他的同事们认为,南极洲冰冷的气候、偏远的地理位置及相对保存完好的环境,能令任何浓度的铁-60都保持不受干扰。


超新星遗迹 | Wikipedia


然而,南极洲的冰的暴露程度远超过海底,因此,科学家们不得不排除来自地球的放射性同位素。科尔和同事们查阅了20世纪50年代和60年代的核武器与核电厂产生的放射性落尘移动的数据。他们确定,埋在南极雪中的铁-60不来自这两个来源。澳大利亚国立大学的物理学家安东•沃纳(Anton Wallner)说:“他们清楚地证明了地球上的来源可以被排除在外。” 沃纳没有参与这项研究,但在2016年领导了几项发现铁-60的科考活动。


这个新的超新星活动的遗留物与之前的发现有一个令人振奋的不同之处。在另一项研究中,铁-60在大约200万年后从海洋沉积物中消失了,这表明,星际尘埃早已不往地球降落。而南极洲的铁是在过去20年积累的雪中发现的。“(星尘)不止落下了一次,”菲尔兹说,“今天它仍然像毛毛雨一样落下。”


这些宇宙碎屑究竟是如何落到地球上的还不是很清楚。也许铁-60乘在恒星爆炸形成的风暴中,直接落到地球上。或许它加入了盘旋在宇宙(包括太阳系附近)的尘埃云,放射性粒子可能在这些云层周围弹跳并弹向地球,或者在行星穿过云层时被行星的尾流带走。


“一颗即将爆炸的恒星”,SBW1星云环绕着船底座星云中的一颗大质量蓝超巨星 | Wikipedia


芝加哥大学的天体物理学家普里茜拉·弗里施(Priscilla Frisch)说,尘埃粒子会被地球磁场的轮廓吸引。她说:“地球的磁场线在北极和南极地区附近最靠近地球表面。”星尘轻而易举地降落在寒冷的南极洲,等待着研究人员带着他们的铲子到来。


把超新星的尘埃装在聚苯乙烯泡沫塑料盒中的想法几乎可以说有点荒唐。与其他所有的东西一样,聚苯乙烯泡沫塑料的存在很大程度上要归功于垂死的恒星。


数十亿年来,火热明亮的超新星爆炸制造出了有助于形成其他恒星、行星,以及最终形成生命的元素。卡尔·萨根曾说:“人类源自星尘。”这句格言中似乎真的包含了一些古老的东西,一种远早于我们的、形成宇宙的波峰。


编译来源:https://www.theatlantic.com/science/archive/2019/08/antarctica-interstellar-dust-supernova/596611/  


本文来自微信公众号:果壳(ID:Guokr42),作者:Marina Koren

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