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南極現神秘鐵元素!來源成謎,與超新星爆發有關?

2024-07-16科學

「究天人之際,通古今之變。」------【史記】

南極洲,這片冰雪覆蓋的大陸,最近在科學界掀起了一場軒然大波。科學家們在這裏發現了一種神秘的鐵元素——鐵60(Fe-60),這一發現不僅引起了廣泛關註,還伴隨著諸多未解之謎。鐵60不僅現身南極冰層,還在太平洋、大西洋的深處沈積物以及月球樣本中出現。這種元素廣泛存在的現象,讓科學家們對其來源充滿了疑惑和好奇。

鐵60的神秘面紗

鐵60(Fe-60),相較於我們熟悉的鐵56(Fe-56),多了4個中子。它是一種放射性同位素,具有約260萬年的半衰期,最終會衰變成鎳60(Ni-60)。令人費解的是,地球上的鐵60出現了兩個峰值時間段:約220萬年前和650萬年前。相比太陽系形成至今的約46億年歷史,這兩個時間點顯得尤為特殊。

太陽系在形成時可能包含上一代超新星爆發的物質,但這些物質在太陽系形成初期就已經全部衰變消失了。因此,鐵60的存在暗示它並非太陽系本地產物,而是來自外部。

鐵60的來源

科學家們對鐵60的來源進行了持續探索。在地球和月球的樣本中,他們發現了鐵60的蹤跡,並對其來源進行了初步推測。2024年6月10日,【自然天文學】(Nature Astronomy)期刊上發表了一篇由德國慕尼黑工業大學(TUM)和澳洲國立大學(ANU)合作的研究論文【近距離超新星遺跡在地球和月球上的鐵60訊號】,提出了一種新假設:鐵60可能來源於超新星爆發。

研究團隊透過分析南極冰層樣本,發現了鐵60的痕跡,其濃度高達每克冰10^-15個原子。這一發現與之前在深海沈積物和月球巖石中檢測到的鐵60數據相吻合,這些樣本中的鐵60濃度也具有相似的峰值。研究團隊提出,這些鐵60可能是由近距離的超新星爆發產生的。然而,這一假設面臨一個困境:如果鐵60來源於近距離的超新星爆發,地球上應該會有相應的歷史記錄,比如古代文明留下的天文觀測記錄,但實際上並沒有。

為了解釋這一矛盾,科學家們開始尋找其他可能性。他們註意到,鐵60的峰值出現的時間與地球歷史上的某些氣候變遷事件相吻合。這引發了科學家們對鐵60與地球氣候之間可能存在的聯系的探討。然而,這一假設仍然需要進一步的研究和證據來支持。

日球層的縮小與鐵60之謎

日球層是保護太陽系免受星際介質侵襲的一個磁場泡,其大小和形狀對太陽系的保護至關重要。2023年,日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)與美國太空總署(NASA)的聯合團隊透過觀測發現,當太陽系繞銀心公轉時,可能會遇到稠密的分子雲,導致日球層被壓縮,形狀變得像彗星。

研究人員的新發現表明,日球層可能曾經縮小,使得距離不太近的超新星介質能夠襲擊太陽系,從而解釋了鐵60的來源。他們利用電腦模擬了太陽系在銀河系中的運動軌跡,發現每隔幾百萬年,太陽系就會經過一些稠密的分子雲區域。這些分子雲會對日球層產生壓縮作用,降低其保護能力。

研究人員認為,天貓座(Lupus)的一片分子雲可能是導致220萬年前日球層縮小的原因。他們正在尋找650萬年前太陽系可能經過的分子雲,以進一步驗證這一假設。如果找到這片分子雲,將有力地支持日球層縮小導致鐵60侵入的假設。

超新星爆發與太陽系的關聯

超新星爆發帶來的鐵60需要距離太陽系大約10秒差距(約32.6光年)才能達到觀測上的豐度。這意味著超新星爆發與太陽系之間的關聯並不緊密。然而,當日球層縮小時,超新星介質能夠更容易地侵入太陽系,從而帶來鐵60。

科學家們利用天文觀測數據和電腦模擬,探討了在日球層縮小的情況下,超新星爆發如何與太陽系產生關聯,以及這種關聯對鐵60分布的影響。他們發現,當日球層縮小時,超新星介質可以更加容易地進入太陽系,並在地球和月球上留下鐵60的痕跡。這一發現為解釋鐵60的來源提供了新的線索。

未解之謎與未來探索

雖然我們對鐵60來源的研究取得了一些進展,但仍有許多未解之謎。例如,650萬年前太陽系可能經過的分子雲尚未找到。未來的研究方向包括繼續尋找太陽系可能經過的分子雲、深入研究超新星爆發與太陽系的關聯,以及探索其他可能的鐵60來源。

此外,科學家們還計劃利用更先進的觀測器材和電腦模擬技術,對鐵60在太陽系中的分布和傳播進行更深入的研究。他們希望透過這些研究,能夠揭開鐵60來源的神秘面紗,為我們了解太陽系的演化和歷史提供更多的線索和證據。