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星尘演化:探寻星际新元素

时间:2023-08-08 理论教育 版权反馈
【摘要】:温度过高会毁掉分子和原子,因此化学复杂性不可能在恒星内部实现。化学反应最初发生在星际尘埃云之中,原因是这里充满了各种新元素。直至今日,星际尘埃云中有约98%的物质为氢和氦,而散落其间的是元素周期表中其他的各种元素。通过分光仪,我们可得知星际尘埃云中不同元素的分布及其含量。目前,我们已确知星际尘埃云中有很多种简单的分子,其中包括对地球上的生命至关重要的氨基酸。

星尘演化:探寻星际新元素

从前文我们看到,宇宙中的物质是如何动用极端的能量并按照其自身的基本运作规则,经过剧烈的过程创造出了星系、恒星和新元素的。这种大起大落的宇宙作为就好像我们日常生活中所见的链锯雕塑(chain-saw sculpture)一般,而引力正是其中的链锯雕塑师。在恒星附近,这种粗放的雕塑提供了更为细微的雕塑所需的新环境,而要理解这种新式结构的原理,我们还需从大尺度过渡到小尺度,去了解一下原子之间的关系。

化学复杂性取决于细微的电磁能流,因为只有后者才能从事纳米级的细致工作,重新摆放单个的原子和分子。但这种细微的自由能流通常只出现在受保护的、罕见的金凤花条件下。温度过高会毁掉分子和原子,因此化学复杂性不可能在恒星内部实现。但化学复杂性毕竟还需要一定的能量,所以也不可能在空空如也的死寂太空中完成。比较理想的环境是靠近恒星,但也不能太近,而且那里要有持续不断、较温和的自由能流。

我们人类能够感受到引力,但在原子出没的纳米世界里,引力则显得无足轻重。引力对诸如细菌或水黾科昆虫之类微小的存在几乎没有什么作用,后者更关注的是局部电荷水表面的张力。在分子尺度,最重要的是电磁力,一种能使原子和分子聚合离散的力量。分子和原子就生活在由电磁力吸引、刺激、诱惑、套索的世界中。

化学反应最初发生在星际尘埃云(interstellar dust cloud)之中,原因是这里充满了各种新元素。直至今日,星际尘埃云中有约98%的物质为氢和氦,而散落其间的是元素周期表中其他的各种元素。甚至天文学家也时常含糊其词地把比氦元素重的元素统称为金属(metals),所以他们告诉世人:伴随越来越多的恒星走向死亡,宇宙中的金属成分也增加了。同理,我们说太阳比先前各代恒星的金属成分更高,是因为太阳富含更多的金属。(www.zuozong.com)

通过分光仪,我们可得知星际尘埃云中不同元素的分布及其含量。同理,使用分光仪,我们也可以确认受电磁力绑缚的原子团组成分子的分布状况,比如确认尘埃云中是否存在水分子、冰分子或硅酸盐(silicate)分子,这些分子的主要成分是硅元素和氧元素,是构成地球上尘埃和岩石最主要的材料。目前,我们已确知星际尘埃云中有很多种简单的分子,其中包括对地球上的生命至关重要的氨基酸(amino acids,制造蛋白质的材料)。

化学是研究电磁力如何合成原子、制造分子的学科,有了这一过程,我们的世界才开始变得丰富多彩。

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