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生物大灭绝:银河系官司缠身

南方周末 2006-08-25

  没有人知道4.4亿年前究竟发生了怎样的可怕事件,使约85%的物种从地球上消失。天文学家提出的致命射线的假说,现在陷入了前所未有的困境。

  “实际上,银河系的环境可能保护了地球,使地球上的生物免遭射线带来的灭顶之灾。”美国宇航局雨燕号(Swift)探测器的首席科学家尼尔•盖瑞斯(Neil Gehrels)7月18日在第36届世界空间科学大会上表示。他说,当伽玛暴发生在地球周围6000光年的范围内时,辐射可能会对地球上的生物造成致命的打击,但幸运的是,这样的伽玛射线暴不大可能在银河系中发生。

  伽玛暴是名为“超新星”的天体在爆发过程中从两个磁极发出高能伽玛射线的现象。或者,当两颗中子星相撞时,也有可能产生伽玛暴。“对于短伽玛暴,我们认为来自于中子星相撞,尽管还不太确定。”盖瑞斯介绍说。

  美国堪萨斯大学的天文学家阿得利安•麦乐?Adrian Melott?三年前就提出,地球上的第一次生物大灭绝可能就源于伽玛暴的袭击。他认为,4.4亿年前的一次伽玛暴摧毁了地球臭氧层对生物的保护,使紫外线的强度达到了正常情况下的50倍以上,从而杀死了许多生活在浅水中的动物。而且,由此进一步引发的冰期使得生物的生存环境雪上加霜,大批物种难逃劫数。

  尽管麦乐在今天仍然坚持他的看法,但越来越多的证据却似乎要将这种情况发生的可能性减低为零。

  灾难可能性

  天文上,历时超过两秒的伽玛暴被称为长伽玛暴。盖瑞斯和他的同事研究发现,假如超新星磁极发出的历时10秒的伽玛暴刚好照射到了地球,则全球同温层的臭氧会减少35%,有些高度达到55%,而且这种减少至少在五年中不会得到恢复。这时,地面上受到的紫外线辐射将达到正常情况下的三倍,从而很可能引起广泛的生物灭绝。

  但另一方面,雨燕号升空一年多来对伽玛暴的观测似乎在暗示,这种事件几乎不能发生在地球上。因为,雨燕号观测到的长伽玛射线主要来自低金属性的星系,银河系不在此列。

  天文学家通常将氢、氦、锂之外的元素都称为金属元素,而恒星或星系中金属元素的含量就是它们的金属性。

  “我不知道金属性如何起作用,但我们的观测的确表明了伽玛暴与金属性之间的联系。”盖瑞斯在会后说。由于银河系的金属性大大高于这些发生长伽玛暴的星系,所以这可能是一个安全的信号。

  “雨燕号的观测影响了所有在伽玛暴领域工作的人的研究。”美国俄亥俄州大学的天文学家克里斯托夫•斯塔奈克(Krzysztof Stanek)在7月24日说,“比如,现在有多得多的伽玛暴被很好地确定了位置。”

  三个月前,斯塔奈克及其同事曾发表论文称,他们对四个长伽马暴的研究表明,这些伽玛暴都发生在低金属性的星系中,而这样的伽玛暴发生在银河系中的概率还不到0.15%。

  “至少在过去的数十亿年里,银河系中的金属太丰富了,以致无法产生长伽玛暴。”斯塔奈克在论文中写道。

  针锋相对的观点

  对于斯塔奈克等人的乐观看法,麦乐不以为然,因为他认为对方忽视一些重要的事实。“是的,我仍然认为奥陶纪的生物大灭绝可能是由伽玛暴造成的。”麦乐7月21日在一封邮件中表示。

  奥陶纪生物大灭绝是地球生命史上严重程度排行第三的大灭绝。历史上一共发生过五次生物大灭绝,最严重的一次发生在2.5亿年前,最近的一次在6500万年前导致了恐龙时代的终结。

  麦乐认为,斯塔奈克等人忽视了银河系恒星的异质性。银河系的组成不是一成不变的,相反,它总是在与金属性低的小星系碰撞、合并。“我们星系中到处都是低金属性的恒星,有的只有1亿岁,它们很可能就是合并后留下的。”麦乐说。并且,天文学家已经在银河系中发现了一处可能的伽玛暴遗迹。

  麦乐同时还说,目前,天文学家在地球附近未发现有可能在银河系中产生伽玛暴的天体。“伽玛暴在我们星系中发生的几率可能是10万年一次。假如斯塔奈克等人是对的,这个几率还会小得多。”他说。

  “然而,由于伽玛暴对地球的影响与它们的强度不怎么相称,所以我们并不能说,地球遭受伽玛暴灾难的几率就相应地减小了。”麦乐说。

  “麦乐博士的反驳表面上看来正确,但他其实没有抓住我们论文的关键。”斯塔奈克说,“假若他所说的能让银河系产生伽玛暴的任何一点是重要的,那我们早就该在其他类似于银河系的星系中观测到伽玛暴了。但我们没有看到,其他人在更多的样本中同样没有看到。”

  从根本上说,如果一颗大质量恒星的金属性高,那么它的星风就会带走角动量,从而使得恒星在自身坍缩时自转较慢,这样一来就不会产生伽玛暴。斯塔奈克认为,金属性与伽玛暴关联的原因就体现在这里:低金属性的恒星在演化过程中能够保持高速自转。

  “实际的解释要更为复杂一些,但这就是基本思想。”斯塔奈克说。

  半个多世纪前,物理学家费米遇到了一个难题。他发现,从理论上说,我们的星系中应该存在许许多多的文明,并且其中的一些文明应该已经分布得很广。但是,为什么我们从未发现过其他文明的存在呢?伽玛暴为费米疑难提供了一种可能性——在那些文明发展出星际旅行技术之前,伽玛暴就已经把他们毁灭了。

  那么,这种场景真的发生过吗?伽玛暴会威胁人类的生存吗?各执一词的天文学家在今天还没有准备好他们的答案。


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