超新星爆发 使人类站起来的神秘力量是……超新星爆发?

最近,在发表于《地质学杂志》的一篇论文中,报道了一件有趣的故事:

从800多万年前开始,超新星爆发时所辐射出的宇宙射线开始轰击地球,到了260万年前,这种能量达到峰值,在地球的低层大气中引发了电子雪崩,并且引起了一系列导致两足人种(例如“能人”)出现的连锁反应。

论文的作者是两名物理学家,他们认为,由超新星爆发导致的大气电离使得地球沐浴在电子之中,这很可能诱发闪电的大量增加;而大量的闪电会在全球范围内引发肆虐的野火,烧毁非洲的森林;如此一来,炼狱般的野火让热带稀树草原取代了大面积的森林栖息地,为智人祖先进化出直立行走的能力多增添了一个理由——他们要适应非洲东北部的那片热带稀树草原。

这一猜测的线索源自于研究人员在地壳中发现了铁-60,这是铁的一种放射性同位素,起源于那些生命即将终结的恒星,它们可能随着在地球附近发生的剧烈超新星爆发事件抵达了地球。有研究表明,地球上的这些铁-60可能是由一次距离我们123光年之远的超新星爆发留下的,它大约始于800万年前,在260万年前达到顶峰。而那段时期正是从上新世到更新世的过渡时期,那时,东非的是森林开始让位给开阔的草原。

他们计算了大气与宇宙射线的电离作用,认为这次超新星使得低层大气的电离发生率增加了50倍。这是一种在通常情况下不太会发生的事,因为普通的宇宙射线无法深层地穿透大气层,所以不太会出现低空电离。但这次超新星放出的是能量更高的宇宙射线,它们可以直达地球表面,让大气电离。

低层大气中的电离反应让大气中充满大量可以形成闪电的电子。尽管研究人员无法精确地计算出大气电离率提高了50倍之后,会导致多少额外的闪电事件,但据他们分析,在离地面1英里左右范围内的大气受到了前所未有的影响。

当这些高能宇宙射线击中大气中的原子和分子时,会把电子撞击出来,导致这些电子脱离原子的束缚而四处游离。在通常情况下的闪电过程中,云层与云层之间或云层与地面之间会有电压累积,但没有电流流动,因为它们的周围没有足够的电子来携带这些电流。所以,高电压必须在电子移动之前就已经形成。一旦电子开始移动,它们就会从其他原子中撞击出更多的电子,形成闪电。电离作用让整个过程变得更容易开始,所以会产生更多的闪电。

研究人员通过比将宇宙射线轰击地球的时间与从土壤中发现的碳沉积物进行比较,得出的结果支持了是这种闪电引了发全球森林大火的结论:他们观察到,从几百万年前开始,世界上有了更多的木炭和煤烟。它们到处都是,然而却没有人能解释为什么这种现象会发生在全世界各地的不同的气候地区。

论文的作者认为,超新星产生的宇宙射线导致大气电离便是一种可能的解释。火灾的增加有可能引发了林地向稀树草原的转变,让这些过去是一片森林的地方,变成了遍布着灌木丛的开阔草原。一直以来,研究人类与考古的研究人员都认为非洲东北部的人类进化与这种转变有关,这种关联在东非大裂谷地区尤为明显,在那里,我们几乎可以找到所有不同的古人类化石。

不过,这项有趣的研究却遭到了古人类学家们的质疑。他们给出的论据是,人类直立行走的证据可以追溯到700万年前,而人类变成完全使用两足的动物发生在440万年前。虽然他们也承认,直立行走的进化肯定与草原栖息地有关,但这项研究并没有给出足够令人信服的地质证据来证明是野火导致了非洲栖息环境的巨变。

更重要的是,这些野火的破坏力取决于超新星能引发的闪电数量的增加程度,但在新的论文中,研究人员表示这是一个他们无法估计的变量。

对此,论文的第一作者物理学教授Adrian Melott解释说:“人们认为,早在这次活动之前,人类就有用两条腿独立行走的趋势。不过他们主要是为了适应在树上爬来爬去。然而在向热带稀树大草原转变之后,我们的祖先才开始需要更经常性地穿过草原、从一棵树走到另一棵树,因此变得更加擅长直立行走。

这样他们就能越过草丛的顶部观察捕食者。人们认为是这种向热带稀树草原的转变,促进了两足动物的进化,因为直立行走让人类祖先变得越来越占优势。”

或许,我们还无法轻易地得到一个确切的结论,毕竟许多因素都有可能促成两足动物的进化。但如果超新星曾真的引发过地球生态环境的剧烈变化,那么地球是否有可能再次遭受因超新星爆发而引发的这种气候巨变呢?

论文的作者表示,在可预见的未来,不太可能再发生类似事件。因为在我们附近,最近的一个有望在下一个100万年里发生超新星爆炸的恒星是参宿四(又称猎户座α星),而它与地球的距离大约有652光年。这个距离太过于遥远,它的影响力远无法对我们产生什么巨大干扰。