去年超新星"摧毀"地球部分臭氧層，持續了幾分鐘

11月15日消息，一項新研究表明，2022年的一次超新星爆炸事件短時間內破壞了地球大氣中的部分臭氧，保護人們免受有害太陽輻射的天然屏障受到了短暫影響。相關論文於當地時間週二發表在《自然通訊》(Nature Communications)雜誌上。

2022年10月9日，太空望遠鏡捕捉到一股高能光子流朝地球飛來，證實了一顆距離地球19億光年的超新星爆炸事件，這種事件被稱爲伽馬射線暴，研究人員稱其爲“有史以來最亮的”超新星爆炸事件。

一組科學家發現，這次超新星爆炸導致地球上層大氣中的電離粒子數量發生了可測量的變化，其中包括能吸收有害太陽輻射的臭氧分子。

“臭氧部分被耗盡，暫時被破壞了，”參與發現這一大氣事件的羅馬國家天體物理研究所的天文學家彼得羅·烏伯蒂尼(Pietro Ubertini)表示。這種影響只持續了幾分鐘，隨後臭氧自我修復，因此並沒有造成“嚴重的”後果。但是，如果這次超新星爆炸發生在離我們更近的地方，“那將是一場災難。”

這項研究展示了即使遠離太陽系的爆炸事件也能影響大氣層，而大氣層也可以被視爲探測極端宇宙現象的巨大探測器。

大部分臭氧集中在平流層的薄層中，距離地表約16到40公里。正是在這個區域，研究人員發現了南極上方的臭氧空洞，主要是由曾存在於氣溶膠噴霧劑和塑料泡沫中的氯氟烴化學物質引起的。臭氧層吸收了太陽紫外線輻射的大部分，可防止曬傷、皮膚癌和農作物損害。

模擬顯示，如果在我們的銀河系中發生伽馬射線暴，平流層的臭氧層可能會消失數年之久，足以引發廣泛物種滅絕。

電離層中也存在着臭氧，但濃度較低。電離層是大氣的一部分，從海拔60公里一直延伸到500公里。在這個高度，臭氧具有一定的保護作用，但遠不如平流層的作用明顯。

爲了研究去年伽馬射線暴對地球的影響，烏伯蒂尼博士和他的同事們利用中國的“張衡一號”電磁監測試驗衛星(China Seismo-ElectromagneticSatellite)的數據，在電離層頂部尋找信號。“張衡一號”是用於研究地震期間大氣變化的軌道飛行器，於2018年從中國酒泉衛星發射中心升空。

研究人員發現，電離層頂部的電場急劇上升，他們將這一結果與歐洲航天局國際伽馬射線天體物理實驗室測量的伽馬射線爆發信號聯繫起來。

研究人員發現，伽馬射線使高空臭氧和氮分子電離（從中擊飛電子），導致電場強度增加了60倍。一旦電離發生，臭氧分子無法吸收紫外線輻射，使地球短暫暴露在更多有害太陽射線下。

人們已經知道伽馬射線暴會電離距地球表面215英里（約合346公里）的電離層底部臭氧分子。歐洲航天局的太陽物理學家勞拉·海耶斯(Laura Hayes)說，但這是科學家首次證明此類宇宙爆炸會影響整個電離層。

海耶斯博士補充說，遠離地球的宇宙現象引起如此大規模的大氣擾動並不常見。她在電子郵件中寫道：“幸運的是，這次伽馬射線暴發生在非常遙遠的地方，使其影響更多是科學上的奇觀，而非威脅。”

烏伯蒂尼博士表示，如果伽馬射線暴的規模大一百萬倍，可能會電離足夠多的臭氧，削弱保護屏障數天或數月的時間。但是，這種情況發生的可能性很低，像去年那樣強烈的超新星爆發非常罕見，每一萬年才發生一次。此外，伽馬射線是以噴流形式從超新星中釋放出來，還需要正確的方向才能擊中地球。

然而，瞭解電離層對任何宇宙現象的響應對於更接近地球的威脅非常重要。海耶斯博士表示：“這有助於我們評估劇烈電離後的恢復時間，特別是在涉及太陽強烈耀斑的情況下。”

好消息是，臭氧會自我修復，自由電子最終會被空氣中的電離分子重新捕獲。在這種情況下，保護地球免受太空輻射的部分屏障就能恢復，使地球居民免受太陽致命輻射的傷害。（辰辰）