北京时间1月9日，1987年2月，美国宇航局戈达德太空飞行中心的年轻研究员尼尔·格雷尔斯（Neil Gehrels）登上了飞往澳大利亚内陆的飞机。军用飞机。格里尔斯携带了一些特殊货物：一个聚乙烯太空气球和一套他刚刚在实验室建造的辐射探测器。他的目的地是爱丽丝泉，北领地的一个偏远小镇。在那里，格里尔斯将使用这些设备在地球大气层上方观察宇宙中最令人兴奋的事件之一：银河系附近卫星星系中的超新星。
与许多超新星一样，SN 1987A 宣告了一颗大质量恒星的剧烈坍缩。这次爆炸的独特之处在于它距离地球非常近。它是自1604 年开普勒超新星（SN 1604）以来距离我们最近的超新星。 SN 1604是迄今为止银河系中最后一颗肉眼可见的超新星。德国天文学家开普勒记录了这次爆炸，中国的《明史》中也有记录。自SN 1604以来，科学家们提出了许多问题，为了回答这些问题，有必要对新的超新星事件进行进一步观察。一个问题是：超新星距离毁灭地球上的生命有多远？
早在20 世纪70 年代，研究人员就假设附近超新星的辐射会破坏地球的臭氧层，使植物和动物暴露在有害的紫外线下，并进一步导致大规模灭绝。利用SN 1987A 的新数据，格里尔斯现在可以计算出超新星会产生严重影响的理论破坏半径。此外，他还可以计算垂死恒星出现的半径。内的概率。
最重要的是，可能存在一颗离地球足够近的超新星，大约每十亿年就会对地球臭氧层产生巨大影响。但这种情况并不经常发生，目前还没有发现威胁太阳系的恒星。然而，地球已经存在了46 亿年，生命也已经存在了大约一半的时间，这意味着超新星可能发生在过去的某个时刻。问题是，这次爆炸到底是什么时候发生的？由于超新星主要影响大气层，因此很难找到确凿的证据。
天文学家在银河系周围的宇宙中寻找线索，但超新星最令人信服的证据来自海底。这听起来有点矛盾。在海底水下山脉裸露的基岩上，一种被称为铁锰结壳的黑色矿物以极其缓慢的速度缓慢生长。在这种矿物的薄层中，记录了地球的历史，从中我们可以获得附近超新星的第一个直接证据。
詹姆斯·海因在夏威夷附近收集的铁锰结壳。尽管它们的外观很普通，但这些岩石具有重要的科学意义
这些关于古代超新星爆炸的线索对科学家来说很有价值，他们推测超新星可能在地球生命的进化过程中发挥了鲜为人知的作用，而这一事件很可能是地球生命故事的一部分。为了了解超新星如何影响地球上生命的延续，科学家需要将超新星爆炸的时间与地球上的关键事件（例如大规模灭绝或进化跳跃）联系起来。做到这一点的唯一方法是追踪超新星爆炸沉积在地球上的碎片，即找到我们星球上主要融合在超新星内部的那些元素。
稀有放射性金属衰变缓慢，因此它们的存在是恒星死亡的确凿证据。最有希望的候选者之一是Fe-60，这是一种铁同位素，比普通同位素多四个中子，半衰期约为260 万年。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，而且只有极少量的Fe-60 到达了我们的星球。在陆地上，Fe-60 会被天然铁稀释或经历数百万年的侵蚀，最终被水冲走。
于是，科学家们把目光转向了海底，发现铁锰结壳中含有Fe-60原子。这些岩石的形成过程有点像石笋：它们都是从液体中沉淀出来，一层层堆积起来的。然而，锰铁壳由金属组成，形成更宽的壳形状，不像石笋是分离的。尖锥体。铁锰结壳主要由铁和锰的氧化物组成，但也含有元素周期表上几乎所有金属的微量元素，从钴到钇。
当铁、锰和其他金属离子从陆地冲入海水，或从海底火山喷口喷发时，它们与海水中的氧气发生反应，形成固体物质，沉降到海底或漂浮在周围，直到附着在水流的一些硬壳上。铁锰结壳在海底岩石区域首次形成的确切过程仍然是个谜。一旦第一层岩石堆积起来，更多的岩石层就会堆积起来，最终达到25厘米的厚度。
因此，铁锰结壳可以充当宇宙历史学家，记录海水化学成分的变化，包括可能表明恒星垂死的元素。 20 世纪80 年代，地质学家在夏威夷西南部发现了最古老的铁锰结壳之一，其历史可追溯到7000 万年前。当时，恐龙还在地球上漫游，印度次大陆还只是南极洲和亚洲之间的一个岛屿。
铁锰结壳的生长是科学已知的最慢的过程之一，每百万年仅增加约5 毫米。相比之下，人类指甲的生长速度大约快700 万倍。原因很简单：海洋中每十亿个水分子所含的铁原子或锰原子不到一个，它们必须抵抗流经洋流的拉力和其他化学相互作用，然后才能锚定在新的地壳层中。
克劳斯克尼利用从太平洋4,830 米深处收集的铁锰结壳追踪了铁同位素Fe-60。这些结壳的厚度可达25 厘米。
与缓慢生长的铁锰结壳不同，超新星爆炸几乎是瞬间发生的。在最常见的超新星类型中，恒星首先耗尽氢和氦燃料，然后其核心开始燃烧较重的元素，直到最终产生铁。这个过程可能需要数百万年，但恒星的最后时刻只需要几毫秒。当重元素在恒星核心积聚时，核心变得不稳定并内爆，以四分之一光速将外层吸入核心。但核心中粒子的密度很快阻止了内爆，引发了一场大规模爆炸，将一团恒星碎片射入太空，其中包括Fe-60 同位素，其中一些最终进入了铁锰地壳。
德国慕尼黑工业大学的实验物理学家Klaus Knie 是最早在铁锰结壳中寻找Fe-60 的人之一。然而，他的团队既不研究超新星，也不研究铁锰结壳。相反，他正在开发测量各种元素稀有同位素的方法，包括Fe-60。另一位科学家测量了一种铍同位素，可用于确定铁锰结壳的年代。因此克劳斯克尼决定测试同一样品中的Fe-60。此时他已经知道Fe-60是在超新星中产生的。现供职于亥姆霍兹重离子研究中心的克尼表示：我们是宇宙的一部分，如果我们看向正确的地方，我们就有机会把这种“天体物理”物质握在手中。
研究中使用的铁锰结壳也是从距离夏威夷不远的海底获得的。测试结果表明，位置确实选择正确。克劳斯克尼和他的同事发现了一个带有Fe-60 尖峰的地壳，其历史可以追溯到大约280 万年前，标志着附近一颗恒星的死亡。这一发现具有重要意义。这是在地球上发现的第一个超新星遗迹的证据，精确定位了附近宇宙中最后一次超新星爆炸的大致时间（如果有更近期的事件，研究人员可能会发现更近期的Fe-60 尖峰）。然而，这一发现也促使克尼提出了一个有趣的进化论。
根据铁锰地壳中Fe-60的含量，克尼估计超新星爆炸的地点距离地球至少有100光年。这是臭氧层可能被破坏的距离的三倍，但它的距离足以改变云的形成，从而改变气候。虽然280万年前没有发生大规模灭绝事件，但确实发生了一些剧烈的气候变化，而这些变化可能促进了人类的进化。大约在那个时候，非洲的气候变得更加干燥，导致森林萎缩并被大片草原所取代。科学家认为，这种变化可能鼓励我们的原始人类祖先从树上下来，并最终开始用两条腿走路。
与任何年轻的理论一样，这个想法仍然是推测性的，并且有些学者不同意。一些科学家认为Fe-60 可能是由陨石带到地球的，而另一些科学家则认为数百万年前的气候变化可能是由于温室气体浓度下降或北美和南美之间的海洋通道关闭造成的。解释。然而，科尼和其他人的研究确实为科学家提供了新的工具，使他们能够确定在地球附近经过的其他可能更古老的超新星的年代，并研究它们对地球的影响。菲尔兹说：“我们可以利用这些暗淡、生长缓慢的岩石来研究爆炸恒星的快速发光，这是很了不起的，它们将来会告诉我们更多的故事。” （任天堂）
