導致大型史前動物滅絕的「兇手」，可能是地球的古老鄰居

一項新研究對史前大型動物的滅絕提出了新的解釋：超新星噴射出大量的 μ 子，它們進入地球大氣層，對生物產生了致命的輻射，並且體形越大的生物受到的輻射越多。

來源Quanta Magazine

撰文 Rebecca Boyle

翻譯 LYM

審校 戚譯引

雖然地球漂浮在太空中，但它周圍並不是真空的。這個星球不斷受到太空中物質的轟擊，例如每天大量的微小隕石，還有來自太陽或更遙遠的恆星的輻射。有時，來自太空的物體可能會傷害或殺死我們，就像龐大的小行星使恐龍滅絕一樣。而更常見的是，恆星的碎片飛向地球和月球，然後安靜地留在那裡，除非科學家把它挖出來。

暗物質如果存在的話，很可能就屬於無聲無息的那一類。如果假想的大質量弱相互作用粒子（weakly interacting massive particles，WIMPs）是真實存在的，那麼它們與常規物質的碰撞可能會在地球上的岩石深處留下化石痕迹。一個物理學家團隊已經提出了一種通過尋找這種化石痕迹來搜尋暗物質的新方法，Quanta Magazine在 1 月初對此進行過報道。

不過，在地球上尋找宇宙碎片有著悠久的歷史。其他研究人員已經證明，有可能在地殼中發現天體物理粒子的化石證據。一些研究人員正在思考這些宇宙事件對地球造成了怎樣的影響，甚至它們是否改變了演化的進程。一項新研究表明，來自一顆爆炸恆星的高能粒子可能導致了一些大型動物的滅絕，包括史前巨獸巨齒鯊。

「這是一個有趣的巧合，」堪薩斯大學（University of Kansas）的天體物理學家、該研究作者阿德里安·梅洛特（Adrian Melott）說。

當一顆恆星死亡的時候，它的內部殘骸會向宇宙空間中噴射。這些恆星殘骸中有鐵等元素的同位素或其他形式。其中一種同位素就是鐵-60，它在地球上很罕見，但在超新星中卻很豐富。在 2016 年和 2017 年，天體物理學家將在地球海床和月球上發現的鐵-60 追溯到兩顆古老的超新星，它們是地球在銀河系中的鄰居。研究人員說，這兩次超新星爆發事件一次發生在大約 260 萬年前，另一次發生在 650 萬到 870 萬年前。

「很多事件發生之後不會留下明確的殘留物，」梅洛特在採訪中指出，但鐵-60會，「它就是發生了什麼事情的確鑿證據，就像還在冒煙的槍那樣。」

有了這把「冒煙的槍」，梅洛特轉向了一個科學家們至少從 20 世紀 50 年代就開始思考的問題：這些超新星會如何影響地球和地球上的生命？在這篇新論文中，他描述了超新星如何產生大量叫做μ 子的亞原子粒子，它們可以破壞 DNA，從而導致生物體內的廣泛突變，甚至造成物種的滅絕。

梅洛特假設，大約 260 萬年前的一次超新星爆發使 μ 子在大氣中的流量增加了幾百倍。他和合作者估計，像人類一樣大的動物的癌症發病率可能會增加 50%。梅洛特說，對於一頭猛獁象或一隻像校車那麼大的巨蜥來說，它們承受的輻射劑量會更大。

超新星可能影響地球生命的觀點並不完全是新的。古生物學家奧托·辛德沃爾夫（Otto Schindewolf）在 20 世紀 50 年代提出，超新星可能會誘發大型動物的突變。但是他的理論沒有流行起來。1968 年，天文學家 K.D.特里（K.D. Terry）和 W.H.塔克（W.H. Tucker）提出，大滅絕可能是由在附近爆炸的恆星引起的，自那以後，這個假設已經被重新提起了好幾次。

然而，大多數理論將生物滅絕歸咎於廣泛發生的氣候變化，而不是突變的直接影響。例如，超新星爆發可能會毀滅地球的臭氧層，這將對海洋浮游生物和珊瑚礁造成嚴重傷害。丹麥理工大學（Technical University of Denmark）的亨里克·斯文斯馬克（Henrik Svensmark）在一封電子郵件中寫道，超新星爆發也可能產生過多的宇宙射線，從而促進雲的形成，進而導致「宇宙射線的冬天」。

斯文斯馬克的研究表明地球的地質記錄在某些情況下與超新星相關的宇宙射線的預期通量相吻合。物理學家約翰·埃利斯（John Ellis）和大衛·施拉姆（David Schramm）在 1995 年發表了一篇論文，他們認為每隔幾億年就會出現災難性的超新星爆發，這與大規模物種滅絕的速度是一致的。

至於梅洛特的假設，即 260 萬年前的單一超新星爆發事件直接導致滅絕，他提出了一些證據。在 260 萬年前的上新世-更新世邊界，大約 36％ 的海洋生物屬已經滅絕，且大部分在沿海水域。梅洛特指出，在這些地區體形較大的動物會承受更高的 μ 子劑量。

但與鐵-60 和 WIMP 不同，μ 子不會在化石記錄中留下痕迹，這使得 μ 子和滅絕之間的直接聯繫幾乎無法證明。梅洛特說：「這些 μ 子真的不會留下任何痕迹。」

即使來自死亡恆星的 μ子流和鐵-60 與物種滅絕沒有直接的關係，它們的存在也證明了一個深刻的真理：地球及其上的一切都是宇宙的一部分，而非置身其外。星星可能確實掌握著我們命運的一些答案。

論文信息

【標題】Hypothesis: Muon Radiation Dose and Marine Megafaunal Extinction at the End-Pliocene Supernova

【作者】Adrian L. Melott, Franciole Marinho, and Laura Paulucci

【期刊】Astrobiology

【時間】27 Nov 2018

【DOI】10.1089/ast.2018.1902

【摘要】Considerable data and analysis support the detection of one or more supernovae (SNe) at a distance of about 50?pc, ～2.6 million years ago. This is possibly related to the extinction event around that time and is a member of a series of explosions that formed the Local Bubble in the interstellar medium. We build on previous work, and propagate the muon flux from SN-initiated cosmic rays from the surface to the depths of the ocean. We find that the radiation dose from the muons will exceed the total present surface dose from all sources at depths up to 1?km and will persist for at least the lifetime of marine megafauna. It is reasonable to hypothesize that this increase in radiation load may have contributed to a newly documented marine megafaunal extinction at that time.

【鏈接】https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/ast.2018.1902

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