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星際分子之謎
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星際分子之謎
星際分子的發(fā)現(xiàn)，是本世紀(jì)60年代轟動(dòng)天文學(xué)界的一件大事。長期以來，天文學(xué)家認(rèn)為，茫茫宇宙空間，除了恒星、恒星集團(tuán)、行星、星云之類的天體物質(zhì)，再?zèng)]有什么別的物質(zhì)了。直到20世紀(jì)初，人們還認(rèn)為星際空間是一片真空。后來終于發(fā)現(xiàn)，在星際空間充滿了各種微小的星際塵埃、稀薄的星際氣體、各種宇宙射線以及粒子流。60年代在星際空間發(fā)現(xiàn)了大量有機(jī)分子云，云中含有各種復(fù)雜的有機(jī)分子。
1968 年，天文學(xué)家用大型射電望遠(yuǎn)鏡 ，在銀河中心區(qū)先后發(fā)現(xiàn)了氨(NH3)和水(H2O)的分子。它們的數(shù)量很多，在塵埃云的后面，形成體積巨大的“分子云”。不久，天文學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了一種比較復(fù)雜的有機(jī)分子??甲醛(CH2O)。它的分布十分廣泛 ，不僅在銀河中心區(qū)域有，在獵戶座大星云和其他區(qū)域也有。此后，人們?cè)谟钪嫣罩杏株懤m(xù)發(fā)現(xiàn)了更多的星際分子，其中有無機(jī)分子，也有有機(jī)分子。例如，羥基、一氧化碳、氰化氫、甲醇、乙醛、丙炔腈、甲胺等等。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)的星際分子有50多種。
星際分子的發(fā)現(xiàn)，在天文學(xué)研究上具有極為重要的意義。我們知道，構(gòu)成生命的基礎(chǔ)??蛋白質(zhì)的主要成分是氨基酸分子。它是一種有機(jī)分子，盡管人們還沒有在宇宙太空中直接觀測(cè)到氨基酸分子，但是，科學(xué)家在地面實(shí)驗(yàn)室里用氫、水、氧、甲烷及甲醛等有機(jī)物，模擬太空的自然條件，已合成幾種氨基酸。而合成氨基酸所用的原材料，在星際分子云中大量存在。不難想象，宇宙空間也一定存在氨基酸的分子，只要有適當(dāng)?shù)沫h(huán)境，它們就有可能轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)，進(jìn)一步發(fā)展成為有機(jī)生命。據(jù)此推測(cè)，地球以外的其他星球存在生命物質(zhì)，甚至可能是有高等智慧的生命物質(zhì)。
使科學(xué)家感到困惑的是，有些星際分子竟是地球環(huán)境中找不到的，甚至在實(shí)驗(yàn)室中也無法得到。這些地球上的尚不存在的星際分子，在太空中起什么作用，有些什么物理化學(xué)特性，這些問題都還是一個(gè)謎。
在星際云中發(fā)現(xiàn)的200多個(gè)分子種類中，許多是有機(jī)分子。有人提出，其中一些分子在恒星和行星形成過程中幸存下來，并最終被送到地球，在那里它們可以形成生命起源的分子基礎(chǔ)。
日前，來自德國馬克斯普朗克天文學(xué)研究所生命起源實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人何佼博士團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)，這些分子的最重要的工廠之一是覆蓋在恒星形成的分子云中的塵粒的冰幔。
簡(jiǎn)單的原子和分子，如H、O、N和CO，從氣相凝結(jié)到顆粒表面，然后在冰中相互反應(yīng)，形成越來越復(fù)雜的分子。在這些云的極低溫度（10-15K）下，擴(kuò)散這一能夠?qū)⒎磻?yīng)性物種聚集在一起的機(jī)制在冰中受到嚴(yán)重阻礙。那么這些復(fù)雜的有機(jī)分子是如何在分子云的低溫環(huán)境下形成的呢？
在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，主要由CO構(gòu)成的冰幔頂層在如此低的溫度下從無序相轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑�。在相變過程中，埋藏在里面的反應(yīng)性物種可能會(huì)遷移并發(fā)生反應(yīng)，而不需要克服擴(kuò)散的激活能。
通過量化結(jié)晶的動(dòng)力學(xué)，研究團(tuán)隊(duì)預(yù)測(cè)，星際云中的CO冰大多是多晶形式的。發(fā)生在10K以下的CO冰的重組可能會(huì)促進(jìn)反應(yīng)性物種的流動(dòng)，因此可以成為分子云中分子復(fù)雜性的驅(qū)動(dòng)力。
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