傳說中鳳凰每隔500年要投入火中以求得新生。有一種恒星在其「臨死亡」的剎那，將發(fā)生激烈的爆炸，如迴光返照般放出極耀眼的光芒。星球毀滅了自己，卻也同時觸發(fā)了新恒星的誕生。這就是超新星，天上的火鳳凰。
在宇宙中，恒星的分類是按照它們的死亡的方式，一類象我們太陽這種，最終安靜的成為白矮星，另一類是比太陽大8倍以上的恒星，它們的死亡是爆炸。恒星越大，壽命就急劇的縮短，質(zhì)量差3倍，壽命就差750倍，也就是說，一個比我們的太陽大3倍的恒星，它的壽命就只有1300萬年，所以，生命的進化是不可能托付給大恒星的。但是，宇宙的物質(zhì)的豐富和流動，卻全靠它們。
宇宙在過去有過一個非常單調(diào)的開端，只有氫元素和少量的氦元素，然而宇宙在成長，而成長的標志就是重元素的增加，這種增加使宇宙越來越豐富，宇宙的所有的奇跡，都是在有了完整的元素制造之后。而制造元素，就是把氫元素以不同的數(shù)目聚合，而要完成所有元素的聚合的場所，就是擁有巨大引力的大恒星。從豐富物質(zhì)角度來說，大恒星是宇宙中的精品，它們不僅能生產(chǎn)所有的元素，而且由于恒星越大，壽命越短，因此周期也短，所以，恒星的巨無霸是宇宙制造元素效率最高的工廠。不過，宇宙中最大的恒星的質(zhì)量極限是一百個太陽，如果再大，就會因為自身的核反應過猛而解體。
船底座海山二星(Eta Carinae)可能即將爆炸
引力制造元素，但也束縛元素，小恒星大約能制造出十來種元素，但這些元素最終不能在宇宙中流動。大恒星能制造更多的元素，一般超過太陽質(zhì)量 8倍以上的恒星就能使聚變一往無前，其核心達到幾十億度的高溫不斷的創(chuàng)造不可思議的聚變，每次聚變所產(chǎn)生的能量都使恒星膨脹得更大一些，于是它就象洋蔥一樣形成令人吃驚的多層核聚變的巨大空間，這個空間可以達到一百億公里，裝下整個的太陽系。在聚變的深入的過程中，恒星變得越來越危險了，因為元素越重，聚變提供的能量越少，而巨大的恒星又必須靠不斷釋放的核能支撐。然而，當聚變到排列第26位的鐵元素時，搖搖欲墜的恒星遭受到最致命的破壞──因為鐵元素的結構極其穩(wěn)定，它在聚變時不釋放能量，于是，巨大而膨脹的恒星將會因核心失去支撐而倒塌。
因此而恒星粉碎性的爆炸，能量的狂飆掃蕩天庭，這就是超新星爆發(fā)。此刻它的能量相當于正常恒星的一百億倍，在這個超能量的瞬間，宇宙中所有的元素都被聚變出來了。象金銀首飾這種重元素，就是在超新星的爆炸中誕生的，當我們佩戴它們時，要記住宇宙制造高檔產(chǎn)品確實是代價很高，它需要報廢一顆至少比太陽大8倍以上的恒星，才能使我們披金戴銀。
超新星發(fā)生在一個恒星即將結束生命時，亦即在紅巨星階段，核心燃料快要消耗殆盡時，恒星會因為沒有額外的燃料而自行崩潰。如果恒星的質(zhì)量夠大，恒星內(nèi)部的內(nèi)爆層會在接觸核心時反彈，產(chǎn)生巨大的爆裂，爆炸所產(chǎn)生的震波會將恒星的所有物質(zhì)射入太空中。
我們的太陽將會在50億年后衰亡，因它內(nèi)部提供予核融合的燃料終於消耗殆盡。到時太陽會變成一個主要由碳和氧組成、密度高而「寒冷」的白矮星。 另一方面，一顆比太陽更重的恒星的中心溫度更高。這些巨大星體會在經(jīng)過一次壯觀的爆炸后滅亡，這過程稱為「超新星爆炸」。爆炸釋出的能量非常巨大，超新星爆炸的光度可能相當於1,000億萬顆恒星同時發(fā)出的光芒。
超新星的爆發(fā)是在約一秒鐘之內(nèi)完成的。由於高能輻射與爆炸拋射出來的恒星大氣相互作用，使得超新星也可能有X射線等輻射。例如SN1987A在爆炸后100多天才被Ginga衛(wèi)星所探測到它的X射線。而光學波段的突然增亮，首先是由膨脹大氣引起的，后來則由Ni56等同位素的衰變提供能量，使得光度下降較為緩慢。圖五中給出了典型的超新星光變曲線。超新星爆發(fā)的高速拋射物與周圍介質(zhì)相互作用形成的激波引發(fā)出電波輻射，而對星周塵埃的加熱則可以產(chǎn)生紅外輻射。但這些只有周圍有稠密的星際物質(zhì)的II型或Ib、Ic型超新星才能觀測得到。
在不到一秒鐘時間內(nèi)釋放出1051~1053erg的能量（相當於90個太陽在其一生所釋放能量之總和）的天體，它的前身星是什么？產(chǎn)生如此巨大能量的機制是什么？這些是天文學家首先面臨的問題。
首先我們來看看Ia型超新星。在它的光譜中缺少氫譜線，而且根據(jù)統(tǒng)計它在不同類型的星系中都有可能出現(xiàn)。據(jù)此天文學家提出了Ia型超新星是密近雙星演化到晚期的終極結果的想法。設想有一密近雙星系統(tǒng)，其兩個成員星的質(zhì)量均小於8M¤ ，其中質(zhì)量大的那一個演化得比較快，在其核心燃燒完氫后，接著燃燒氦，而變成中心為碳和氧的白矮星。這時初始質(zhì)量較小的那顆成員星的物質(zhì)就被它吸積。假如物質(zhì)轉移速度小於每年10-8M¤ 的話，在白矮星周圍形成氫殼，當它達到核融合點火的溫度時，其表面就產(chǎn)生核融合點火爆發(fā)，這就是新星爆發(fā)的現(xiàn)象，其規(guī)模比超新星要小得多。
當轉移速率在每年10-6M¤ ~10-8M¤ 之間的話，表面同樣會產(chǎn)生核融合，而形成氦，氦形成碳，逐步使其碳核心質(zhì)量增加，直到錢氏 (Chandrasekhar) 極限的1.4 M¤ 。其中心密度可達到3×109g/cm3，而且中心達到碳點火的溫度。碳被點燃，并且融合過程從中心往外迅速傳播，在不到一秒鐘之內(nèi)傳到白矮星的最外層。其爆炸將產(chǎn)生1053erg的能量，而且爆炸規(guī)模巨大無比，以至於將這顆白矮星完全「炸飛」了。由於白矮星中的氫已經(jīng)燃燒殆盡，所以它的光譜中沒有氫線，同時因為它是一種「老年」的恒星，因此會出現(xiàn)在不同的星系之中。
II型的超新星則不同。它的光譜中以氫線為主，而且往往出現(xiàn)在螺旋星系的旋臂上，在那裡往往有恒星正在形成。一個目前被廣泛接受的II型超新星爆炸的模型是：一個大質(zhì)量的恒星（質(zhì)量大過10M¤ ），在其最初的3000萬年甚至更短的時間內(nèi)，它的核心首先是氫融合為氦，然后氦變?yōu)樘己脱酰甲優(yōu)槟屎玩V，氧和鎂變?yōu)楣韬土颍钡阶罱K硅和硫融合為鐵屬元素。上述每種融合過程都釋放出大量的能量，維持著恒星的「生命」，而且其核心變得愈來愈密，溫度則愈來愈高，以致能夠抵抗恒星引力的收縮。但到了核心變?yōu)殍F心后，由於鐵屬元素的核束縛能最小，融合無法繼續(xù)為恒星提供能量，反而要吸收能量。引力收縮就開始，中心的密度和溫度繼續(xù)增大，到 1010K和1010g/cm3時，電子就被壓到原子核內(nèi)而形成富含中子的同位素，而高能輻射又將原子核「撕」成a粒子。這兩個過程都要吸收能量，使得重力塌縮變得更快。當中心密度超過2.7×1014g/cm3時，塌縮不能繼續(xù)，產(chǎn)生反彈而引發(fā)超新星爆發(fā)。它將外層核融合的剩余物，包括最外層的氫向外拋，而留下一個核核心，也就是中子星。所以在光譜中有強的氫線，同時因為大質(zhì)量恒星（壽命短；因此我們看到的都是不久前形成的）是和恒星形成區(qū)相關的，所以他們往往出現(xiàn)在螺旋星系的旋臂上。至於Ib和Ic型超新星，目前也認為是一種稱為「沃夫─瑞葉星」 (Wolf-Rayet stars; W-R stars) 的大質(zhì)量恒星演化到晚期的結果。由於W-R星有大規(guī)模的恒星風，質(zhì)量流失很大，因此表層已失去了氫甚至氦，所以其光譜中沒有氫線(或甚至於氦線)。
超新星1987A(1987年發(fā)現(xiàn)的第一個超新星)是近代爆炸的超新星中，最靠近地球的一個，位於169,000光年外(我們銀河系的伴星系)的大麥哲倫星系。它也是自從克卜勒在1604年於銀河系中觀測到超新星以來最明亮的一個；同時是自1885年以來第一個肉眼看得見的超新星。那原來是一個藍超巨星的位置，其質(zhì)量約為太陽的20倍。天文學家相信這個星球先是膨脹成紅超巨星，在吹開一部份的星球體后，經(jīng)過收縮與再加熱，成為一個藍超巨星。之后，在短短不到一秒鐘，整個星球的中心突然就崩垮了，一陣微中子將中心加熱至100億度。這個過程引爆出震波，將此星球炸散掉，并噴出大量的微中子到太空中。
直至1987年5月，國際紫外線探索號已在超新星的碎片中發(fā)現(xiàn)了許多化學元素，顯示出這個始祖星球已經(jīng)過了紅巨星期，證實了原來的理論。到了7月，一個日本的人造衛(wèi)星和德國的望遠鏡都偵測到從碎片中發(fā)射出來的X光線。自8月到11月，更有其他的研究團隊偵測到高能的伽瑪射線，這是在即將死去的星球中心出現(xiàn)核反應所產(chǎn)生的放射性元素，衰變時所放射出來的。此資料證實了大家所相信的理論，即超新星會產(chǎn)生組成地球大部分的重化學元素。
超新星1987A影像
哈伯太空望遠鏡先進巡天相機 (ACS) 所拍攝的超新星1987A影像，在其四周包圍著一串如珍珠項鏈般的氣體環(huán)，這些「珍珠」其實是超新星爆發(fā)所產(chǎn)生的沖擊波，以超過每小時6千萬公里的速度追撞上了“恒星在爆炸前數(shù)萬年所噴出, 膨脹速度較慢的氣體”。爆震波追上了這個環(huán)，由於碰撞作用，氣體受到衝擊，溫度升高到了數(shù)百萬至1千萬度，因而發(fā)出了紅外輻射。環(huán)中的塵埃是在星風中形成的，而不是在超新星爆發(fā)中形成的。光環(huán)直徑約一光年，光環(huán)中央的長橢圓形黯淡星體就是超新星殘骸，主要受超新星爆炸時所產(chǎn)生放射性元素鈦 44 衰變輻射加熱而發(fā)光，未來數(shù)十年都還將持續(xù)發(fā)光。天文學家在 1996 年首次在 SN 1987A 的外圈發(fā)現(xiàn)一個亮點，現(xiàn)在則可看出數(shù)十個。天文學家推測，未來幾年中還將陸續(xù)出現(xiàn)更多類似的光點，這些亮點的光會將周圍照亮，天文學家屆時將可推測超新星爆炸前是如何噴發(fā)物質(zhì)至太空中。當震波逐漸往外移時，產(chǎn)生的紫外線和X射線輻射將加熱更多周圍過去所噴出的物質(zhì)。就如同參與錢卓研究計畫的科學家理查、麥克雷所說：「超新星1987A將會點亮它自己的過去」。
超新星的爆炸使物質(zhì)擺脫了引力的束縛，但鐵元素的核卻墜入引力的深淵，巨大的塌方把電子都壓進了質(zhì)子，于是質(zhì)子全變成了中子，而中子之間沒有電磁力的排斥，原子核可以相互緊緊的挨在一起，這就形成了最致密的物質(zhì)──中子星，它一立方厘米的質(zhì)量能達到十億噸，而它引力強大到讓光都要成拋物線才能掙脫。把一個幾百萬公里直徑的物體壓縮成只有30公里的直徑，就是中子星，而同時被壓縮的還有磁場，這是一個匪夷所思的超高能核電站，它可以把表面附著的電子象高壓水柱一樣噴射出去，它們所具有強烈的方向性可以成為宇宙定位的燈塔。十幾年前，人類尋訪外星生命的一艘飛行器上所攜帶的人類的自我介紹，就是用多顆中子星為地球做定位。一些大的超新星爆炸之后，將會產(chǎn)生引力的奇跡──黑洞，巨大的引力把物質(zhì)化為無形，因為連光都要被吸回它的表面，如果把地球壓縮成一個核桃，就是黑洞，因為地球其實是一個強力和電磁力支撐的物體，如果把原子核都毀滅了，地球就將成為幾厘米直徑的濃縮引力的載體，黑洞的存在已經(jīng)被證實。
超新星是宇宙中4種力配合的杰作，它們共同建造一個巨大的原子鍋爐，然后以鍋爐的崩潰所激發(fā)的能量完成所有元素的制造，并且在最后的瞬間把元素都徹底的拋灑出去，正因為有這種拋灑，物質(zhì)才有可能演化，否則，就象有錢不去投資，再多的財富也將沒有任何意義。恒星以自身的毀滅造就了宇宙中最偉大的新生。 在超新星的物質(zhì)彌漫之后，引力將會再次把這些物質(zhì)凝聚成天體，大的塌縮成恒星，小的形成行星，如果這顆恒星有較長的壽命，而它的周圍有若干合適的行星圍繞，那么這個長壽的核能和比較靠近它的行星上豐富的宇宙元素的光和熱交流，就可能最終產(chǎn)生宇宙中最復雜的物質(zhì)形態(tài)──生命。