我1987年2月，美国宇航局戈达德太空飞行中心的年轻研究员尼尔·格雷斯登上了一架飞往澳大利亚内陆的军用飞机。Gehrels携带着一些特殊的物品:一个聚乙烯气球和一套他刚刚在实验室里完成的辐射探测器。他匆忙去爱丽丝泉,一个偏远的前哨在北部地区,在那里他将推出这些乐器地球大气层上方一窥宇宙的最激动人心的事件在我们的脖子上:一颗超新星爆炸在一个银河系的卫星星系附近。
像许多超新星一样，SN 1987A宣布了一颗大质量恒星的猛烈坍缩。使它与众不同的是它接近地球;这是自1604年约翰内斯·开普勒在我们的银河系发现一颗恒星以来距离我们最近的恒星大灾难。从那时起，科学家们想出了许多问题，要想回答这些问题，就需要坐在另一颗超新星的前排。它们是这样的问题:超新星离地球有多近才能毁灭地球上的生命?
早在20世纪70年代，研究人员就假设，附近超新星的辐射可能会摧毁臭氧层，将动植物暴露在有害的紫外线下，并可能导致大规模物种灭绝。有了来自SN 1987A的新数据，Gehrels现在可以计算出一个理论的毁灭半径，在这个半径内超新星会产生严重的影响，以及垂死的恒星在这个半径内游荡的频率。
为了理解超新星是如何影响生命的，科学家们需要将它们爆炸的时间与地球上的关键事件联系起来，比如大规模灭绝或进化飞跃。
“最重要的是，会有一颗距离地球足够近的超新星，每十亿年就会对臭氧层产生一次巨大的影响，”Gehrels说，他仍然在Goddard工作。他承认，这种情况并不常见，而且现在太阳系中也没有威胁到我们的恒星。但是，地球已经存在了46亿年，而生命存在的时间大约是46亿年的一半，这意味着很有可能在过去某个时候，一颗超新星爆炸了这颗行星。问题是计算出时间。因为超新星主要影响大气层，所以很难找到确凿的证据，”Gehrels说。
天文学家已经在周围的宇宙中寻找线索，但最令人信服的证据——有点矛盾的——来自海底。在这里，一种被称为锰铁地壳的暗沥青黑色矿物形成物在水下山脉的光秃秃的基岩上生长，生长速度慢得令人难以理解。在它的薄层中，它记录了地球的历史，据一些人说，它是附近有超新星的第一个直接证据。
这些关于古代宇宙爆炸的线索对科学家来说非常有价值，他们怀疑超新星可能在塑造地球上生命的进化过程中发挥了鲜为人知的作用。伊利诺伊大学香槟分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)的天文学家布莱恩·菲尔兹(Brian Fields)说:“这实际上可能是生命如何延续的故事的一部分，以及它必须躲避的弹弓和箭。”但要了解超新星是如何影响生命的，科学家们需要将它们爆炸的时间与地球上的关键事件联系起来，比如大规模灭绝或进化飞跃。唯一的方法就是通过在我们的星球上寻找主要是在超新星内部熔化的元素来追踪它们沉积在地球上的碎片。
Fields和他的同事们列举了一些由超新星形成的元素，这些元素主要是稀有的放射性金属，它们的衰变速度很慢，这使得它们的存在成为恒星消亡的确切迹象。最有希望的候选者之一是Fe-60，这是一种重同位素铁，比普通同位素多四个中子，半衰期为260万年。但在地球表面找到散落的Fe-60原子并非易事。菲尔德估计，实际上只有非常少量的Fe-60会到达我们的星球，在陆地上，它可能会被天然铁稀释，或者在数百万年的时间里被侵蚀和冲走。
地壳的增长是科学界已知的最慢的过程之一——每百万年增加大约5毫米。
因此科学家而不是看着大海的底部,他们发现Fe-60原子锰铁面包皮,这些岩石形式有点像石笋:他们沉淀出液体,添加连续层,除非他们是由金属和形式广泛的毯子,而不是单独的尖顶。它们主要由铁和锰氧化物组成，也含有少量元素周期表上几乎所有的金属，从钴到钇。
当铁、锰和其他金属离子从陆地冲进海里或从海底火山喷口喷出时，它们与海水中的氧气发生反应，形成固体物质，沉淀到海底或漂浮在周围，直到它们附着在现有的地壳上。美国地质调查局(United States Geological Survey)的詹姆斯·海因(James Hein)对地壳进行了30多年的研究，他说，地壳究竟是如何在海底的岩石延伸上形成的，这仍然是个谜，但一旦第一层积累起来，就会有更多的层堆积起来——最高可达25厘米厚。
这使得地壳可以充当宇宙历史学家的角色，保存海水化学成分的记录，包括那些作为濒死恒星时间戳的元素。20世纪80年代，海因在夏威夷西南部发现的最古老的地壳之一，可以追溯到7000多万年前，那时恐龙在地球上游荡，印度次大陆只是南极洲和亚洲之间大洋中的一个岛屿。
地壳的增长是科学界已知的最慢的过程之一——每百万年增加大约5毫米。相比之下，人类指甲的生长速度要快700万倍。原因是简单的数学。海洋中每十亿个水分子中只有不到一个铁或锰原子，然后它们必须抵抗流过的水流的拉力和其他化学作用的力量，这些化学作用可能会把它们弄松，直到它们被下一层所困住。
然而，与缓慢增长的地壳不同，超新星爆炸几乎是瞬间发生的。最常见的超新星类型发生在恒星耗尽其氢和氦燃料时，导致其核心燃烧较重的元素，直到最终产生铁。这个过程可能需要数百万年，但恒星的最后时刻只需要几毫秒。当重元素在核心积聚时，它变得不稳定并内爆，以四分之一光速的速度将外层吸向内。但内核中粒子的密度很快就排斥了内爆，引发了一场巨大的爆炸，将一团恒星碎片射向太空，其中包括Fe-60同位素，其中一些同位素最终在锰铁地壳中找到了自己的家。
第一个在这些地壳中寻找Fe-60的人是当时在慕尼黑工业大学的实验物理学家克劳斯·克尼(Klaus Knie)和他的合作者。Knie的团队既没有研究超新星，也没有研究外壳——他们正在开发测量各种元素的稀有同位素的方法，包括Fe-60。在另一名科学家测量了铍的同位素(可以用来确定地壳层的年代)后，Knie决定检测同样的样本中的Fe-60，他知道它是在超新星中产生的。“我们是宇宙的一部分，如果我们观察正确的地方，我们有机会掌握‘天体物理’物质，”Knie说，他现在在GSI亥姆霍兹重离子研究中心工作。
从离夏威夷不远的海底提取出来的地壳被证明是正确的地方:Knie和他的同事们在距今约280万年的地层中发现了Fe-60的一个峰值，他们说这标志着附近的一颗恒星大约在那个时候死亡。Knie的发现在几个方面都很重要。这是在地球上发现超新星碎片的第一个证据，它确定了附近最后一次超新星爆炸的大致时间(如果有一次更近的爆炸，Knie就会发现更近的Fe-60峰值)。但这也使Knie提出了一个有趣的进化理论。
根据地壳中Fe-60的浓度，Knie估计这颗超新星爆炸时距离地球至少100光年——3倍于它可能摧毁臭氧层的距离——但距离足够近，可能会改变云层的形成，从而改变气候。虽然280万年前没有发生大规模灭绝事件，但一些剧烈的气候变化确实发生了——它们可能促进了人类的进化。大约在那个时候，非洲的气候干涸了，导致森林萎缩，取而代之的是长满草的稀树草原。科学家们认为，这种变化可能鼓励了我们的原始人类祖先，他们从树进化而来，最终开始用两条腿走路。
这个观点，就像任何年轻的理论一样，仍然是推测性的，也有反对者。一些科学家认为Fe-60可能是由陨石带到地球上的，而另一些科学家则认为这些气候变化可以通过减少温室气体浓度或关闭南北美洲之间的海洋通道来解释。但是，Knie的新工具让科学家们有能力确定在地球附近经过的其他可能更古老的超新星的年代，并研究它们对我们星球的影响。菲尔兹说，我们可以利用这些暗淡、生长缓慢的岩石来研究明亮、快速的恒星爆炸现象，这是很了不起的。他们有更多的故事要讲。
朱莉娅·罗森(Julia Rosen)是俄勒冈州波特兰市的一名科学作家。她的故事出现在洛杉矶时报，科学新闻,地球杂志．在成为作家之前，茱莉亚攻读了地质学博士学位;她研究了困在极地冰芯中的气泡。
主要合成图像来源:美国宇航局、欧洲航天局、哈勃遗产团队的“风车形星系”(STScI/AURA)和A. Riess (STScI)和红海珊瑚礁Wusel700
本文最初发表于2015年3月的《Slow》杂志。
