宇宙射线究竟有多危险：可能造成物种灭绝

2009年08月31日 08:10  新浪科技

                               
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宇宙射线轰击大气层




导读：科学家认为一颗30光年远的超新星爆炸产生的宇宙射线可能会造成我们地球的辐射量激增，进而直接或者间接导致大量物种灭绝。现在一些科学家正在寻找这类宇宙行为的可能证据。27日，美国宇航局太空网撰文详细描述了宇宙射线对地球生命的影响。以下为文章全文：
　
　虽然化石记录中的几次生物大灭绝可能与小行星撞击或大规模火山爆发有关，但这些古代生物大灭绝原因可能有很多，这至今是人们讨论的话题。美国伊利诺斯大学的布里恩·菲尔兹说：“这可能与附近发生的天文事件导致地球承受的辐射急剧增加有关。”
　
　一颗30光年远的超新星爆炸可能会造成我们地球的辐射量激增，进而可能直接或者间接导致大量物种灭绝。现在一些科学家正在寻找这类宇宙行为的可能证据。菲尔兹说：“只发现死去的动物并不能证明邻近超新星。”
　
　宇宙射线主要是来自超新星爆炸产生的高能质子。我们无法准确地跟踪它找到它的源头，因为它的轨迹被磁场弯曲了。事实上，一种典型的宇宙射线会在星系的磁场内弹跳数百万年，最后才会撞上某个天体，比如地球。菲尔兹说：“地球大气上层每平方厘米每秒遭受数条宇宙射线轰击，永远如此。”这些原始的宇宙射线永远不会到达我们地面，而是与上层大气中的原子相撞，形成能量较低的“二级”粒子。
　
　次生效应
　
　在海平面上，大多数二级宇宙射线是高穿透力的介子。每分钟约有1万介子穿过我们的身体。一些介子会电离经过我们肉体的分子，有时会导致可能有害的基因突变。现在，人体每年受到的宇宙射线的幅射强度相当于接受10次X光胸透。但是，我们不应该为此担忧，因为它只是人类承受的自然背景辐射中的一部分，我们的祖先世代承受。

　　相反，宇宙射线引起的基因突变有时可能是有好处的。波兰什切青大学的弗朗哥·费拉里说：“显然，从某些方面而言，宇宙射线形成了地球上有机体的进化。”在最新发行的《天体生物学》杂志上，费拉里和什切青大学的埃瓦·苏泽斯基维兹对我们所了解的宇宙射线进行了评估，他们争辩说，这些粒子现在的生物关联不见得能代表它们的过去。他们写道：“地球早期的有机体的DNA不稳定，可能很容易在外界作用下变异，或许比现在的细菌更易变异，这是非常有可能的。”
　
　宇宙射线风暴
　
　很久以前不光生物容易变异，宇宙射线也可能更为强烈，影响着地球的大气和下面的生命。一项有争议的理论认为，宇宙射线能促进云的产生。天空云彩越多，把反射回太空的阳光便越多，让地球冷却，从而引起整个生态系统的改变。
　
　另一项关于宇宙射线的理论几乎与之相反——宇宙射线剥离了我们的可起保护作用的臭氧层，在更多太阳紫外辐射之下地球会枯萎。过量的紫外线形成不利于生命的环境。臭氧损耗还可能因邻近的伽马射线爆发而加剧。但是，菲尔兹表示，这种射线的闪现只持续1秒，几年之后臭氧就会恢复。相比之下，来自超新星的宇宙射线会轰击地球至少1000年。他说：“伽马射线爆发可能只能影响一个有机体，但是宇宙线会影响很多代人。”
　
　侥幸避过
　
　要想弄清楚生物大灭绝事件是否由宇宙射线引起，科学家需要研究在附近的超新星上形成然后在爆炸冲击波的作用下落在我们地球上的放射性同位素。
　
　1999年，慕尼黑工业大学的研究人员从深海的岩石样本中发现了铁60。这种极其罕见的同位素铁是由超新星爆炸形成的。它也具有放射性，不稳定，半衰期为150万年，因此，它一定来自一颗很新的超新星。根据铁60的位置和浓度，这组德国科学家后来计算出了这个假定的超新星于280万年前在100光年之外爆炸。
　
　菲尔兹相信，就造成生物大灭绝而言这个距离可能太远了。他说：“我称它为侥幸避过。”该超新星的宇宙线可能对气候产生了影响，但是，要造成重大生物损伤，超新星只有在距离地球约30光年之内爆炸才有可能。
　
　虽然就星系标准而言30光年微不足道，但是，菲尔兹认为，在地球45亿年的历史中遭受超新星致命辐射10多次是可能的。但是，邻近的超新星不是增大宇宙线强度的唯一方式。费拉里称，因为我们的太阳围绕银河中心做轨道运动，它有规律地经过银河的螺旋形臂状物的一只，在这里宇宙光辐射高于平均水平。有研究人员猜测，每次经过螺旋形臂状物都会造成地球上的冰河时代，因为宇宙射线促使云的形成。
　
　科学家梅洛特和他的同事也发现了我们太阳在银河平面上下移动和化石生态多样性的6300万年的周期之间存在可能联系。这种假设是太阳系每次偏向银河一侧最远时遭受的宇宙射线较多。但是，现在，梅洛特认为，这种移动可能只扮演一个小角色，因为最新证据显示大陆上升和可观测的生物多样性周期之间存在联系。要想明晰宇宙光与生物大灭绝事件之间的关系还需要进行更多研究。
　
　梅洛特表示，寻找附近超新星的其他放射性同位素证据的研究仍在继续，他的研究小组正在开发宇宙射线轰击模拟，希望看到生物大毁灭的任何可证实模式是否存在。他说：“地面的全面影响这个问题至今还无人研究过。” (秋凌)

宇宙线对生命的影响应该不大。几次物种大灭绝主要的原因，首先是大规模的、持续的火山等地壳活动以及由于板块漂移造成的全球性海陆变迁；其次是小行星或大彗星的一次甚至多次的连续撞击。到了最近1000年，人类活动成为最大的物种灭绝原因。
其他的原因，在总体影响看基本上可以忽略

但是，如果在我们附近的超新星爆发产生了GRB爆发并且其中央喷流正对太阳系的话，那么几秒钟之内就可以把半个地球的臭氧层破坏掉，从而对地球生命造成严重杀伤。不过，这种杀伤应该不会导致物种的大灭绝。

至于银河旋臂，即使其中的宇宙线密度大于空旷区，对生命的影响也很小，因为它们都能被大气层拦下。能长期、持续破坏大气层的，需要近距离的黑洞喷流或者是活动星系核的喷流（好在我们的银河系与M31的合并至少还有20亿年，形成如此喷流至少在30亿年后），那对所有的生命都是彻底的杀灭力量。

希望在我这代不会发生

真到那时候，空间站里的宇航员比较危险。