三類「巨大突發事件」天文現象及其影響

　科學家深信，宇宙和地球的早期若不是有三類「巨大突發事件」（大霹靂，big bang）天文現象發生，我們也不會生活在此世間。本文盼能深入淺出地介紹這三類巨大突發天文現象：一次戲劇性的「大霹靂」揭開了宇宙膨脹演化的序幕；激烈變化的「超新星爆發」填滿了太陽系內處處可見的較重原子序元素，使地球上的生物有足夠多元的物質來構築生命體；巨大的彗星或星體對地球的撞擊，帶來了異於其他行星的水澤活潑生態環境，以及可能就是引發恐龍滅絕的原凶，和清除了哺乳動物演化障礙的功臣。

　在1994年7月下旬，看到舒梅克-李維（Shomaker-Levy）九號彗星把高達400公里時速的木星表面狂風垂直地擊出，而遠離木星大氣高達3000公里之巨大撞擊威力的人們，大多相信：若是如此大的彗星碰撞我們地球的話，則文明將可能毀於瞬間。當1996年初百武彗星 (C/1996 B2 Hyakutake)和1997年初有世紀大彗星之稱的海爾-鮑普彗星 (C/1995 O1 Hale-Bopp)，在地球的公轉軌道附近路過。很幸運的，這段期間地球都位在繞行太陽的軌道另一側，否則歷史可能要重寫了。從最近兩年相關彗星撞地球的話題和電影受歡迎的程度，我們也約略可以瞭解社會大眾對於這類天文事件的關心。

　天文物理學者推斷，在太陽系行星演化的過程中，太陽的形成可能是由於重力的吸引，使得散布在鄰近區域的混亂雲氣，逐漸聚成團狀的星際分子雲塊，大約在46億年前，這團星際分子雲塊受到了激波的衝擊後，再憑藉著自己的重力逐漸收縮形成高密度、高溫度的核心，終而點燃了「氫融合成氦」的核融合反應，從核心的核融合驟然所發出的亮光宣告了太陽的誕生。太陽初形成時，持續不斷地吸聚環繞在星球四周的物質，加上雲氣的旋轉、壓力平衡和吸聚收縮等條件，逐漸在旋轉的赤道面上形成一個環狀雲氣星盤。盤中的塵埃氣體受到彼此的屏障，得以倖免於初形成的太陽之輻射及噴出的物質所造成之太陽風的破壞，而有時間與機會逐步地黏聚增大和收縮成塊，最後終於形成環繞在太陽周圍的行星和圍繞行星的衛星群之太陽系行星系統。

　太陽誕生初期驟然呈現的核融合所造成的壓力、密度不穩定，在極短時間內便能快速地達到平衡而穩定下來，那一大團的分子雲氣也逐步冷卻。雲氣冷卻的過程和結果是：接近中央（太陽）融點高的較重物質先凝固成核心，融點較低的則漸次包在赤道面的外圈。越遠離太陽的位置，越難從太陽得到能量的供給，往往受到來自太陽的輻射較弱且受太陽風影響也小，而呈現溫度低且暗的沉寂現象。在現今大約是土星和天王星的軌道之間的位置上，原本可能存在眾多以冰冷低密度物質為主體的小星體。如木星、土星等巨大外行星逐漸形成後，受到這類行星的強大重力拉扯干擾，一些冰冷小星體一一被迫離開它們原先的位置，或是衝向太陽，成為太陽系成立初期的彗星，或是被彈射至較遠離太陽的地方。這些冰冷小星體構成了以太陽為中心的球型雲氣，球型雲氣直徑大小約為15兆公里。荷蘭天文學家歐特(J. Oort)提出一個「彗星雲」存在的彗星來源說法。他指出，雲氣內這些小星體長年在陽光難以到達的冰冷太空中遊走，不易被我們察覺，只有在偶然的機會受到銀河系其他星體路過時擾動的影響，會有一些冰體脫離它長久所在的區域而被甩進、靠近太陽附近。當到達土星附近時，會因太陽光的熱和太陽風的吹襲而逐漸長出彗尾，形成了俗稱「掃把星」的掃把形狀。在繞行太陽路徑中，無論是接近或是遠離太陽的過程裡，隨時會受到鄰近行星、衛星的重力吸引而改變它的行徑，甚至撞上這些星體。

　地球表面的水佔70％，大氣中也充滿足以調節溫度的水氣，地層內部亦蘊藏大量的水。理所當然，會令人質疑哪裡來這麼多的水啊？事實上，除了在太陽系各個行星演化過程中，物質合成自然的碳水化產物外，早期彗星群的鍾愛碰撞之說或可略窺一二。在地球初形成而地面仍是熱熔岩的階段，火山爆發連連且煙灰遮日，炎熱的空氣中若沒有眾多來訪的「冰冷雪球」之稱的彗星們幫忙冷卻，或許無法快速地達到如此適合生物存活的溫度環境，再加上地球夠大的重力吸引，才能夠留有大量的水與大氣層的水氣、雲彩。可見彗星在地球形成和演化的早期必定佔有舉足輕重的角色。地球異於其他行星的，除了地面上大量的水氣外，還有就是大量孕育在地球上的生物群體。這些生物群體起源於哪裡呢？是太陽系外遺留的生物種源？會不會又和那長達四十多億年之穩定溫壓的彗星所蘊育出的有機物質有關？人類文明不知會否因彗星的碰撞而毀於一旦，但是生命的跡象卻可能因彗星的碰撞而肇始？（圖1）目前各種猜測正有待你我更進一步地探索追尋。彗星對於地球的影響，除了前面所述及的正面效果外，月球的來源說中提及，在行星初形成的互相碰撞期，可能有一顆如火星大小的行星體是從地球撞出了一大塊所形成的？又6千5百萬年前包括恐龍等生物的大滅絕，會不會也和彗星的來襲脫離不了關係？無論怎麼說，彗星總是令人摸不清楚底細和原委的歷史嫌疑物體，而有待我們進一步去關懷與瞭解。

　在1987年2月22日，分別處於日本和美國伊利湖實驗室的兩組電子裝置，竟然在前後約20秒內偵測到前所未見密集的19個微中子 (neutrino) ，而確定位在伴隨我們銀河系周圍的大麥哲倫星雲內，離我們有17萬5千光年遠處的一顆超新星爆發了（定名為1987A超新星（圖2））。從10年來對於1987A的觀測，我們不但確信了金牛座牛角上蟹狀星雲的形成，是由於我國宋神宗時期記載的1054超新星爆發（圖3）所留下的證據，也讓天文物理學者們深信，目前的星球演化理論是經得起考驗的。近幾年來，哈柏太空望遠鏡的攝影成效，陸續地揭開曾經被視為千奇百怪「行星狀星雲」 (planetary nebulate)的內部結構，終於使天文學家們看清楚星球演化晚期所驟然發生對稱的巨大兩極噴流和星球外圍氣體大爆脹的實況。因為原本星球的旋轉與內部密緻化的收縮塌陷（可能形成白矮星或是中子星）而向外推擠、爆發的巨大高速氣流，造成了我們所能見到的精彩圖像（請參閱本館簡訊第131期第六版「滿天星空煙火處處放」一文）。

　在銀河系內95％的恆星（包括太陽在內）的終極將會呈現行星狀星雲，唯有大於8倍於太陽質量的星體才會形成超新星。現在我們才瞭解和看到星球演化晚期會驟然發生對稱的星球外圍氣體大爆脹，彷如蝴蝶破蛹而出般形成行星狀星雲的壯麗景觀。這些行星狀星雲將外層發光的氣體向外推擠、爆發巨大高速氣流的同時，該星球的核心將露出旋轉和密緻化的白矮星或是中子星。就在這壯觀的恆星爆發儀式過後，將會有許許多多「新恆星」即將因此雲氣「物質的供給」與「激波的震盪」而誕生。事實上，行星狀星雲並不會形成行星，星雲中也沒有發現任何行星的存在，而「行星」狀星雲名稱的誤用，乃是一世紀前所採用的小且性能不佳的望遠鏡，看到天王星周圍有密度較大的物體環繞所導致的誤解。

　宇宙是什麼時候誕生的？是怎麼誕生的？它又是如何演變成今天的浩瀚無際呢？這些你我心目中的疑問，一直到五十多年前，科學家們才有共識地告訴我們：我們生存的宇宙是在一次大爆發後，經過爆脹和相變的過程將超巨大的能量轉變成輻射和粒子，終於形成了目前的宇宙。此大爆發的理論依據是「從一點爆炸」、「宇宙膨脹」和「宇宙背景輻射」等3個論點。美國於1990年4月發射哈柏太空望遠鏡，主要任務就是用來探索宇宙的起源與演化，它可拍攝到極遙遠、昏暗（約達30等星）的早期星系。

　從哈柏望遠鏡傳回的觀測資料正向大爆發理論提出嚴厲的挑戰。1994年10月美國國家光學天文觀測所的傑科比（ G.H. Jacoby）在Nature期刊上發表論文，從室女星系團內的M100星系觀測照片推算出大爆發的發生時間不會早於 120億年前。但根據星球演化的理論推算，即使在我們所身處的銀河系內一些古老星球的年齡已有160億年之久。這些老星球的年齡竟然遠超過大爆發的時間，這又該如何解釋呢？經過了兩年多的爭議，科學家們似乎共識到該修正以往過於簡單的「標準模型」估算方法。無論你用哪一種估算公式，天文學家們仍深信宇宙年齡尚不超過200億年。至於宇宙是怎麼來的？它會怎樣地演化下去？未來的宇宙會持續膨脹或有收縮的一天，還是宇宙的大小會呈週期性地震盪呢？有沒有另一個「宇宙」？甚至「子宇宙」、「孫宇宙」存在嗎？科學家們尚無法從目前資料中找到答案，這些謎題正等待著你我做更進一步地探索！

　這三類「巨大突發事件」天文現象，無論是宇宙的創生、超新星的爆發（老舊恆星的死亡宣告和新恆星誕生的預告）或是天體撞擊地球（生物物種的起始與滅絕），都是大自然界中大公無私的重大宣告。你認為不重要嗎？想想看大自然當中不正是一直在告訴我們關於它們的規律之祕密！你發覺到多少了？！

圖1.右圖：1997年5月28日NASA「極地號」太空船傳回照片顯示，每天有成千上萬來自外太空的彗星殘渣撞上地球大氣層，在地表上空約1千至2萬公里處化為水蒸氣雲，增加了地球的水源，並提供可能是地球生命原始基礎有機物。

中圖：1998年6月1日太空太陽觀測站(SOHO) 在觀察太陽噴出強烈閃焰耀斑 (flare) 的同時，拍攝到有兩顆「撞日彗星」正在快速接近太陽。

左圖：在1994年7月，相鄰的兩顆「舒梅克-李維九號」彗星碎片相繼撞上木星，在木星的外層大氣頂部留下暫時性的灰黑斑痕。

圖2.1054年超新星爆發，遺留至今的證據乃是此蟹狀星雲。

圖3.1987A超新星爆發，現在可看到中心噴流出來的離子高熱氣體所形成的對稱環狀雲氣。