没有任何警告,光束不请自来。
也不会有什么警告:它们的先遣部队以光速行进,而这个速度是宇宙中的终极速度,没有什么比它更快的了。因此,这道死亡冲击波“亲自”前来宣判。
在地球的南半球,人们平静地生活着:购物,工作,娱乐,散步,打猎。当光束到达地球,一切在瞬间改变了。天空像打开了什么开关似的突然被点亮。一个超强的亮点在天空中闪烁,人们无法直视它,只要看一眼就会本能地把目光移开。在强光的刺激下,眼泪不自觉地流了出来。
还好,这颗新星不会持续很久。不到半分钟,它就开始变弱,再过几分钟,已经没有那么刺眼了。人们站在街上,在沙漠中,在南极,在南太平洋和印度洋的船上,被眼前的景象所震撼,他们不知道到底发生了什么。
不过,他们只是迟疑了片刻,过了一会儿,注意力重新回到自己的日常生活。
数小时后,当很多人都已把这件事遗忘了的时侯,来自那颗暗淡的新星的亚原子颗粒进入大气层。这些颗粒神不知鬼不觉地从空中落下,覆盖了从南极到赤道往北3度的大片区域。澳大利亚,新西兰,南美,非洲的绝大部分,印度以及半个中国都被致命的辐射所笼罩。这时,无论人们是在屋里,还是在晴朗的户外都已无关紧要:他们全都暴露在辐射下。
地球上三分之二的人口死于非命。
北美,欧洲,以及亚洲的大部分在这轮快速攻击中幸免于难,不过最终也难逃厄运。能够夺走大部分人生命的事件一定是带有毁灭性的。地球的臭氧层将在攻击中被瓦解,强度下降到一半。来自太阳的紫外线几乎可以毫无阻挡地射入地球表面,毁掉最低端的食物链。
攻击还没有结束。由亚原子颗粒冲击波引起的一层厚厚的烟雾开始在空气中形成,数天后,整个地球的上空都变成红褐色。在冲击中顽强地存活下来的生物突然发现阳光越来越少,气温越来越低……直到酸雨下来后,所有坏事基本上到齐了。
几周后,气温的下降引发了一个新的冰期。之后不久,两极的冰川开始向外扩张。
在这个事件发生的前几个月幸存下来的人们了解到,超巨星——船底座伊塔星(Eta Carinae)的灭亡可能与这个事件有关,不过这个认知已经帮不了他们了。这个新星触发的大规模物种灭绝,是地球上曾出现过的最严重的一次。当事件最终结束,已没有人能够留下来弄清楚,一个数万英里外的恒星是怎么在不到一分钟的时间内就毁掉了人类的整个历史。
上世纪6年代,美国和苏联之间的关系非常紧张。苏联在距离佛罗里达海岸不足1英里的古巴建立了一个军事基地。美国一次失败的袭击并没有起到什么作用。两个超级大国在地球表面、地下甚至太空不停地试验核武器。苏联引爆了人类历史上最大的热核弹,威力相当于5万吨TNT。
不用说,两方面的人们都很紧张。通过人类自己的双手终结地球也不是没有可能。
1963年8月,美国、英国和苏联签署了具有历史意义的禁止核试验条约(Nuclear Test Ban Treaty),限制类似核武器试验。这个协定的第一条摘录如下:
参与协定的任何一方保证在其管辖和控制范围内不进行任何核武器以及其它涉核的爆炸试验[……];除此之外还包括外太空,水下(包括领海或深海)……
可以看出,条约中的限制非常严格。之所以如此“苛刻”,完全是因为核武器超强的摧毁力。
就在这个协定签署的前一年(1962年),美国在太平洋上空25英里的地方引爆了一枚名为“海星一号”(Starfish Prime)的核武器。这个高度基本上是在“太空”中了,在那么远的位置,地球的大气已非常稀薄。“海星一号”的威力相对来说还算比较小的,也就相当于14万吨TNT,然而,它的影响却是巨大的。爆炸中形成了一股由高能光子组成的伽马射线,当这股冲击波进入地球的大气层,电离出大批电子。我们知道,运动的带电颗粒能够产生磁场,突然激增的快速运动的电子形成了一个巨大的电磁脉冲,简称EMP。这股电磁脉冲“吹熄”了夏威夷街道上的路灯,弄断了输电线路,电视和收音机无法正常使用——所有这些麻烦都源自9英里外!
在太空中进行核试验是很危险的。虽然对于此类事件的长期影响还不是很清楚,但人们已达成的共识是:在大气和临近的太空中进行核试验是极不明智的。我们应该为禁核条约欢呼,它是我们通往世界和平的重要一步!
当然,美国完全“信任”苏联,相信他们不会破坏这个条约……尽管签订禁核条约是一个非常好的开始,但是没有哪一方会完全相信其它任何一方,签订条约的各方之间都持怀疑态度。事实上,美国科学家就指出,苏联可以在月球的远端引爆核弹而不被察觉。苏联可以破坏条约而美国可能浑然不知。怎么办?
没有什么比恐惧更能提高技术进步的速度了。美国人很快找到了一个核查“狡诈”的苏联人的方法。
虽然在月球的远端引爆核弹很难察觉,但是爆炸产生的碎片会在太空中形成很多放射性的物质,而这些物质是可以观测到的。这些放射性物质中就包括伽马射线。伽马射线探测在上世纪6年代还是一项相对较新的技术,不过观测月球远端的爆炸引发的辐射还是可以办到的。也有一个麻烦:来自太空的伽马射线不能穿过地球的大气层,因此这个探测器必须装在一颗卫星上。
除了向太空中发射探测器这些基本的问题外,还要弄清的是,怎么确定观测到的伽马射线就是来自苏联的核武器而不是太空中其它的天体。太阳也会射出伽马射线,来自太阳耀斑的高能颗粒也可能被误以为是伽马射线。如果卫星发现了一股突然的伽马射线波动,怎么知道它是来自太阳还是苏联的核武器?
一个较好的解决方案是成对地发射伽马射线探测卫星。一颗卫星受到“误导”而其它的不会,这就提供了校正错误探测的方法。可以把每一颗卫星探测到的数据进行比较,如果它们同时观测到一次事件,科学家们就可以据此推断这些伽马射线可能来自非宇宙源。另外,还有专门跟踪太阳耀斑的卫星,这些数据也可以相互参考。
这些成对的卫星很快被制造出来并发射升空。命名维拉(Vela)——西班牙语“注视”的意思——的第一批卫星在禁止核试验条约签署后的几天后就发射了。起初,这些卫星还不是很灵敏,只有在“暴露”于伽马射线下32秒后才能确切地将其观测到。但随着技术的飞速进步,1967年,第四代发射升空,第五代——与早期卫星比起来技术进步了一大截——也已做好准备。
罗伊·奥尔森(Roy Olsen)和雷·克莱贝萨德尔(Ray Klebesadel)被委以重任:比较其中一颗卫星观测到的数据与它的同伴有什么不同。经过仔细分析检查,他们没有发现什么异常。不过,功夫不负有心人,1969年,他们终于有所收获。维拉4号卫星组发回的数据显示,在它们发射后不久的1967年7月2号出现了一次伽马射线事件。在迅速查看了太阳耀斑的数据后得知,那天太阳没有“闹事”。随后,他们发现,仍在运行的维拉3号卫星组也记录了这个事件。
不过,这次伽马射线事件看起来并不像是由一次核爆炸引起的。射线的辐射量以及随着时间减退的方式都与核武器不同:一个非常明显的峰值持续了不到一秒,紧接着是一个持续了好几秒的波动。
这些伽马射线来自哪里呢?很不幸,维拉4号卫星不能告诉我们辐射的方位,因此也没有办法确定其来源。它可能来自月球的远端,正如我们担心的那样,或者来自太空中其它的一些天体。同时,由于这个事件的开始和结束都非常快,根本来不及用光学望远镜观测它们。
别担心,我们还有维拉5号和6号——它们对伽马射线更敏感,而且具有更好的时间分辨率。如果7月2号的事件再次发生,维拉5号和6号能够准确地将其记录下来并确定到底发生了什么。“不知进退非真勇”(谨慎总比胡乱的猜测要好),科学家们准备公布7月2号事件的数据。
这是一个非常明智的选择。在接下来的时间里,更多类似的“神秘”爆发被探测到。更多的卫星参与其中还有一个附加的好处:由于这些卫星相距几千英里,每一次爆发的粗略方位就可以被确定。即使是以光速前进,伽马射线从一个卫星到达下一个也是需要一定的时间的。这个时间间隔,加上已知的卫星的方位和相互之间的距离,就可以应用三角几何算出事件发生的位置。
随着数据的不断累积,科学家们感到非常惊讶:伽马射线竟然来自于宇宙中随机的点!它们既不是来自太阳,也不是来自月亮,而是来自一些完全未知却又极其强大的天文事件。这显得有些滑稽——宇宙中怎么会藏有这样的事件而躲过了天文学家们的眼睛呢?
1973年,克莱贝萨德尔和奥尔森已经积累了足够的数据。和另一位叫伊恩·斯特朗(Ian Strong)的科学家一起,他们在俄亥俄州举办的一次天文学会议上披露了他们的成果,并在权威杂志《天体物理学期刊》(Astrophysical Journal)上发表了一篇题为“宇宙初始伽马射线爆发观察”(Observations of Gamma-Ray Bursts of Cosmic Origin)的论文。这篇论文概述了他们观测到的16次爆发事件(当1979年维拉卫星最终结束任务时,共探测到超过7次“伽马射线爆发”事件)。
需要指出的是,很多天文学家通过安装在卫星上的探测器观测到伽马射线爆发事件,但他们不能肯定那到底是什么。通过维拉卫星积累的高质量的数据,科学家们推断,这些事件应该来自于宇宙深处,或者至少是在地月系(地球与月球构成的天体系统)之外。
这些事件到底由何而来,科学家们并没有什么线索。无论是现在还是过去,伽马射线爆发(GRB)都是非常混乱的。当克莱贝萨德尔的团队发表他们的观测成果时,伽马射线爆发还完全是个谜。伽马射线只能产生于如恒星爆炸、太阳耀斑以及核武器爆炸等高能事件。但经他们确认,它们既不是来自太阳,和超新星也没什么关系,而且也不会是核试验——维拉卫星确实曾经探测到一些大气层中的核武器试验(来自其它国家的),但是那些信号比较容易分辨。
更麻烦的是,伽马射线爆发的“源头”与我们的距离完全不清楚。它们看起来并不像是由那些我们还不知道的物体或事件产生的,而且,这些数据与我们已观测到的任何远距离的天文事件都没有关系。即便如此,也不能确定地说它们就发生在我们身边(比如,在太阳系内部)。
当正常的解释都行不通时,各种奇思妙想就出来了。伽马射线爆发可能是由彗星撞击高密度的中子星表面引起的,或者来自一些其它的异乎寻常的事件。谁知道呢。但大部分天文学家都认同的一件事是:伽马射线爆发事件不会很远——也就是说,不会超出银河系。对于一个来自银河系外的伽马射线爆发事件,必须产生难以置信的高能量才有可能被我们观测到。
不过,这个共识作用不大,还是有太多不确定性存在。
要确定伽马射线爆发事件的来源,有两个基本的困难:缺乏实时信息,缺乏定向信息。
第一个困难更难克服。从卫星上把信息发往地球,再记录,然后加以解释可能要好几天,甚至好几周(或者,如第一次那样,用了两年)。然而,伽马射线爆发事件会在几秒钟后消失!当爆发事件被确定时,它早就无影无踪了。还有一丝希望,也许伽马射线爆发会发出其它波长的射线——比如X射线或可见光——这些光线持续的时间比较长,来得及用望远镜观测到。假设伽马射线爆发来自某个爆炸事件,那么它应该会有“余辉”,天文学家也就有时间找到它。但是,这就牵扯到第二个困难:往哪儿看呢?
伽马射线探测器的“视野”很差:早期的一些探测器基本上无法确定伽马射线来自何方。
可见光——我们看到的那种——的能量相对较低。通过校正望远镜中的透镜(或反射镜中折射的光线)使得可见光聚焦,可以非常精确地计算可见光源的位置。然而,伽马射线更像是飞来飞去的子弹,即使今天的技术条件也无法聚焦它们。
这就意味着,虽然伽马射线是可观测、可计量的,确定它从那个方向来却是相当困难的。通过维拉卫星只能获得最粗略的方位(这比“大约在那里”好不了多少)。但方位对于理解这个问题又非常关键。如果知道了伽马射线源的方位,就可以用望远镜对准它,搞清楚那里到底是什么。在那里看到的所有可见光源都可以用来与已知的星系、恒星等进行比较。但是一定程度的精确性还是必要的:如果爆发的方位仅能限定到——比如,天空中如满月般大小的区域,那么在这个区域就可能会有数千甚至数百万个天体。
最终,技术的进步开始弥补这些困难和不足。1991年,美国国家航空和航天局(NASA)发射了“康普敦伽马射线观测台”号(Compton Gamma Ray Observatory)卫星,其中安装有GRB探测器。虽然康普敦号测定伽马射线爆发事件方位的能力也很有限——仅能确定一个相对来说比较小的区域——不过这已是一个重要的进步。在执行任务的过程中,它共探测到超过27个伽马射线爆发事件。而且尽管方位还不是很精确,能够得到这么多的观测结果已经是一个很大的突破了:随着观测数据的不断丰富,答案开始渐渐清晰。
首先,收集到的大量数据使得科学家们能够确定,伽马射线爆发事件可以分为两种:持续时间在两秒以内的较短的那些和持续时间在两秒以上的较长的那些;已经发现的部分爆发甚至持续了数分钟。随着更多的伽马射线爆发事件被观测到,人们发现,越短的爆发射出的伽马射线能量越高(“越硬”),而越长的爆发射出的伽马射线能量越低(“越软”)。尽管不清楚为什么会是这样,但是对于探究它们的起源来说也是非常重要的一个线索。
如果你站在一片满是萤火虫的空地中间,无论你朝那个方向看,都会看到相同数量的萤火虫。不过如果你不在这群飞虫的中心,你在一个方向上看到的数量会比另一个方向多。这个信息能够用来确定这片飞虫的形状。或者,从更实用的角度看(对于天文学家来说),能够确定宇宙中伽马射线爆发事件的分布。
不过,来自康普敦的观测结果在某种程度上说比解决这个谜更为重要:伽马射线爆发事件是在整个天空均匀分布的。乍一看这可能没什么用,但是实际上,它排除了很多可能性。
设想一下,你站在一片空旷的空地上,周围全是嗡嗡叫的昆虫。如果你站在中间,那么你可以预测,无论你往哪个方向看,都会看到相同数量的昆虫。不过,如果你接近这个区域的东边,那你往西(面朝边长大的一边)看到的昆虫的数量比往东(面朝边缘)要多得多。在给定方向上看到的昆虫数量,使你能够判断出在昆虫群中的大概位置(假定这个群是均匀分布的)。
因此,来自康普敦的信息——伽马射线爆发事件随机地分布在空中——即刻告诉我们一个重要的事实:我们处于“中心”位置。
如果伽马射线爆发事件发生在太阳系内部,我们在一个方向上观测到的就会比另一个方向多,因为我们并不在太阳系的中心(太阳占据着这个关键位置)。我们偏离中心将近1亿英里,既然观测到的伽马射线爆发事件是均匀分布的,那么它们肯定不是来自我们系统内的天体。
同样,这也意味着伽马射线爆发事件不是源自银河系中的某个位置,因为太阳系也不在银河系的中心;如果真的来自银河系,从地球上看,伽马射线爆发事件的分布不可能是均匀的。
已没有太多选择了。它们可能来自与太阳非常近的(比如仅仅几光年)恒星,如果远了我们的观测结果就应该更多的倾向于银河系的中心。另外一种选择是伽马射线爆发事件非常非常远,远离银河系,在数百万光年之外。
这些选项都不是非常令人满意的。恒星不可能产生如此高能量的爆发,而且如果它们真的很远,我们根本无法观测到它们射出的伽马射线。
尽管如此,天文学家都很坚持他们对这个问题的理解,不断发表文章并争论——有时甚至还很激烈——对错。他们甚至鼓动两位造诣极高的科学家在这个问题上展开对垒,各持自己的观点:一种主张伽马射线爆发事件来自临近的恒星,另外一方认为它们来自宇宙深处。不过在争论僵持不下时,正确答案正在悄悄地向我们走来。