γ射線爆發

宇宙中 γ射線源的一種短暫的猛烈的爆發。這種爆發是克萊比塞得和斯特朗等於1973年根據“維拉”衛星上 γ射線探測器的觀測資料發現的。分析表明，這種爆發同地球、月球、太陽和行星都沒有關係，肯定發生在太陽系以外，因此，被稱為宇宙 γ射線爆發（簡稱 γ爆發）。它是二十世紀七十年代天體物理學的重大發現之一。

基本介紹

• 中文名：γ射線爆發
• 對象：γ射線
• 簡稱：γ爆發
• 榮耀：天體物理學的重大發現之一
• 發現時間：1973年
• 發現人：克萊比塞得和斯特朗

特徵

γ 爆發的重要特徵之一是輻射變化劇烈而迅速。輻射能隨時間變化的曲線（稱為時間輪廓）通常是由若干個分立的脈衝組成。由輻射發生顯著變化的時間τ可以推測爆發源的近似直徑d,因為τ不應小於信息通過源體所需的傳播時間，即cτ≥d,式中c為光速。根據此式，由“阿波羅”16號測得的爆發源直徑不超過 1,500公里。1976年測得一個上升時間只有一毫秒的γ爆發，其源體直徑不超過 300公里，是迄今測得的最小爆發源。γ爆發的輻射能量範圍從幾千電子伏到幾兆電子伏，它在地球處的總能流在3×10-6～1.5×10-3爾格/（厘米2·秒）之間，典型值則為10-4爾格/（厘米2·秒）。設γ爆發的輻射是各向同性的，若γ爆發發生在離我們最近的恆星處（近似地取為3光年）,其輻射功率將為1034爾格/秒。即使把爆發源的直徑估計得大些，假定為2,000公里,從它的每單位表面輻射的γ射線能量也比太陽上每單位表面輻射的總能量大幾百萬倍。而事實上,爆發源的距離很可能比3光年遠得多，因此，γ爆發是一種十分猛烈的爆發現象。在γ爆發的觀測中，確定爆發源的方位和距離是一件很困難的事。

影響

到1976年，已有記錄的50多個事例中,僅有7個事例得到確定的方位,有9個事例各得到兩個可能的方位。在這些方位上未找到任何已知的天體與之對應。只有一兩個可能的方位與X射線源天鵝座X-1有關。爆發源的方向視分布呈各向同性，統計方法處理後略呈向銀道面聚集的趨勢。爆發源的距離至今無法確定。某些觀測資料有利於爆發源位於銀河系內的看法。

科學家們認為，“伽馬射線”每隔500萬年左右就會對地球生物造成一次致命的影響。如此計算，從地球上有生命誕生以來，“伽馬射線”爆發至少給地球生命帶來了1000次的災難性傷害。 　6500萬年前，一顆撞向地球的小行星導致恐龍滅絕，然而據英國《新科學家》雜誌披露，來自外太空的殺手遠不止小行星一個，早在4億年前，地球曾經歷過另外一次生物大滅絕，而罪魁禍首就是銀河系恆星坍塌後爆發的“伽馬射線”。

伽馬射線爆是迄今人們所知道的最具破壞力的爆炸。古生物學證據顯示，在4.43億年前的奧陶紀時代，“伽馬射線”曾是引發過去5億年中地球上最大的5次大滅絕的“罪魁禍首”之一。

每隔500萬年滅地球一次

科學家們認為，“伽馬射線”每隔500萬年左右就會對地球生物造成一次致命的影響。如此計算，從地球上有生命誕生以來，“伽馬射線”爆發至少給地球生命帶來了1000次的災難性傷害。但因為沒有留下明顯的痕跡，所以我們對這些遠去的傷痛知之甚少，科學家們能做的只是沿著已經掌握的線索去進一步揭開歷史的神秘面紗。

以前科學家對奧陶紀晚期的生物大滅絕(這次生物滅絕被稱作“奧陶紀大滅絕”，在生物進化史上五次最為嚴重的大滅絕中排名第二)都歸於突然而至的冰河期，但卻無法解釋是什麼引發了冰河時代(冰河時代的出現往往是在一個溫暖的時期氣候突然發生巨大變化，使生物一時難以適應，從而導致大批生物滅亡)。而大陸漂移又是一個十分長期的過程，不可能在很短的時間內滅絕大批生物。但是，科學家認為由“伽馬射線”引發的二氧化氮層卻可以有效地阻擋住太陽光，從而引發氣候的巨變，可能導致地球生物滅絕。

伽馬射線爆致生命滅絕

科學家們在研究了4.43億年前的三葉蟲化石後，得出了結論：伽馬射線爆確實是導致四億年前那場浩劫的元兇。

一支由天體物理學家和古生物學家組成的研究小組在研究三葉蟲化石時發現，三葉蟲滅絕時的形態模式，與伽馬射線爆來臨時所造成的後果十分相似。而堪薩斯州大學天體物理學家梅洛特指出，天文學家迄今探測到的伽馬射線爆，都來自遙遠的星系，到達地球表面時是無害的，但如果伽馬射線爆就發生在我們的星系內並直接沖向地球，那么後果將不堪構想。在那種情況下，地球大氣層會吸收絕大部分伽馬射線，高能射線會撕裂氮氣和氧氣分子，形成大量氮的氧化物，特別是有毒的棕色氣體二氧化氮。這些二氧化氮會遮擋住一半以上的太陽光線，使其無法到達地球表面，使植物難以進行光合作用，動物無法採光保暖，地球突然進入冰河期，而冰河期將持續50多萬年。同時，二氧化氮還會破壞臭氧層，使地球表面生物長期受到過量紫外線的照射，從而導致地球生物的滅絕。

捕捉伽馬射線爆

天文學家們認為，伽馬射線爆是宇宙里能量最大的爆炸，它爆炸產生的能量比太陽光要強10億兆倍。伽馬射線爆首次被發現是在1973年，但三十多年過去了，科學家們仍然無法對伽馬射線爆為何有如此強大的能量作出解釋，因為伽馬射線爆發生時僅持續幾秒鐘的時間，而且在發生的時間上也毫無規律可尋。

幾年前，一架衛星探測器終於捕捉到了伽馬射線爆發生時那極其寶貴的瞬間。這次伽馬射線爆持續的時間特別長，有30秒，離地球還很近(只有20億光年的距離，通常是100億至120億光年的距離，而光年是光以每秒30萬千米左右的速度在一年所走的距離，一光年約為10萬億千米。)而且爆炸的餘暉持續了兩周時間(這是前所未有的)。可以說，這次成功捕捉為科學家們研究伽馬射線爆提供了絕好的機會。

科學家們發現，伽馬射線爆其實就是與星球大量毀滅有關的超新星爆炸。但苦於一直找不到證據，也有理論認為存在其他的可能。

伽馬射線兩大殺手鐧

伽馬射線在“襲擊”地球時，首先會破壞地球大氣層中平流層的分子結構，形成新的氮的氧化物(如二氧化氮)和其他化學物質，使得地球被一層“棕褐色的煙霧”包圍，而臭氧層也會遭到嚴重破壞。整個天空會變成棕褐色，強烈的紫外線可以直接照射到地球表面，這時的紫外線強度會比正常情況要強至少50倍，足以使地球生物喪命。到那時，大多數生活在地表或接近地表的生物，尤其是海洋淺水生物幾乎都會滅絕，而深水生物則有可能幸免於難。

伽馬射線的第二個“撒手鐧”就是大量氮的氧化物的形成使得地球大氣層溫度下降，地表降溫，進而導致冰河期的來臨。就像4.43億年前的那次生物大滅絕那樣，在災難來臨前，地球上是“超乎尋常地溫暖”，但就在地球上的生靈沉浸在這一“溫暖”夢鄉之時，噩夢卻突然而至。

初步研究

理論天體物理學家們對爆發源的本質、爆發機制和輻射過程等課題進行了初步的探討，提出幾十種模型。其中比較受重視的有兩類:①電漿相互作用模型,認為γ爆發發生於雙星體系，其伴星為緻密星或為中子星或為黑洞。由主星落向伴星的兩股等離子流相遇時，相互碰撞可能產生γ爆發。②恆星耀斑模型，是根據γ爆發的時間輪廓同太陽硬 X射線爆發的時間輪廓頗為相似而提出來的。後來的研究表明，γ爆發的源可能是強磁場的白矮星上的耀斑。中國的一些天體物理學家也對γ爆發進行了探索性的研究。