星際介質中布基球的電離版本，物質吸收的指紋如何匹配DIB？

作者：文/虞子期

在恆星之間的區域，會含有大量的星際物質，其中包含許多微小固態粒子和瀰漫氣體雲，科學家們將其稱為星際介質（ISM）。而宇宙中的行星和恆星，正是由太空中坍塌的氣體和塵埃雲形成。所以，最終產生行星和生命化學過程的起點，便是那些彌散的星際介質。當我們能夠完全識別它們的內容，就可以提供更多創造恆星和行星成分的重要信息。

由60個碳原子組成的「Buckyballs」

Buckyballs（布基球），是一種全名為Buckminsterfullerene的碳，同時也在我們的地球上存在，雖然它只是在某些罕見的岩石和礦物中被發現過。雖然在之前的太空探索中，在科學家使用美國宇航局的斯皮策太空望遠鏡之前，布基球就已經在太空中被探測到過，它是由60個碳原子排列在中心球體中所構成。但這一次卻是科學家們第一次、在擴散星際介質中確認存在它的帶電（電離）版本，這種碳的最特別之處，就在於組成它的60個碳原子像足球一樣排列。

所謂的電離版本，即：當電子被來自恆星的紫外光從分子中撕下之後，C 60被電離，且呈現出帶正電荷（C 60 ）狀態。Cordiner是該研究的主要作者，駐紮在馬里蘭州格林貝爾特的戈達德太空飛行中心。他表示，在宇宙探索歷史中，瀰漫性星際介質一直被認為過於苛刻，這樣的環境特別容易出現明顯豐富的大分子，在C 60被檢測到之前，該空間中的已知最大分子也只有12個原子。C 60 的確認同時也表明了，天體化學在特殊的環境中也能獲得複雜程度，哪怕是在銀河系中密度最低、紫外線照射最強的環境中也不會例外。

物質吸收的指紋匹配指定DIB

眾所周知，星際介質中雖然有很多尚未檢測出的化合物，但其大部分物質組成都是氫和氦，外加星際空間距離我們如此遙遠，所以科學家們無法做到直接觀察，而是需要藉助它如何影響來自遙遠恆星的光、以識別它本身的內容：當遙遠的星光從太空穿越而過之時，星際介質中的化合物和元素會在吸收的同時，阻擋這些光的某些波長（顏色）。這些吸收模式，被科學家們稱為DIB（漫反射星際帶），來自星際介質的一些吸收模式，會涵蓋非常廣泛的顏色，並且，這些顏色又和地球上的任何已知分子或原子都有所不同。

科學家們在分析這些星光的時候，會將星光分離成其組分光譜（顏色），那些被吸收的顏色會看上去暗淡或者不存在。在這個分析的過程中會發現，每一種化合物和元素都具有自己獨特的吸收模式，而這個關鍵信息就好比是一個指紋，可以讓它得以被識別。研究人員正是通過找到和實驗室中物質的吸收指紋的精確匹配，從而實現DIB的指定。當然，其中可供嘗試的不同分子結構，擁有數百萬種之多，所以，想要測試它們需要很多生命周期。

未匹配DIB的物質特徵仍是未知

瑞士巴塞爾大學的一個團隊做了一項任務，通過他們的實驗室研究，提供了所需的C 60 比較數據，然而，使用傳統的地面望遠鏡探測C 60 有一個大問題，那就是大氣水汽會阻擋C 60 的視野吸收模式。直到C 60 的工作成果發布之前，在過去幾十年的實驗室研究中，科學家們都未能找到任何DIB的精確匹配。通過這次新的研究項目，研究人員才得以將實驗室中從C 60 看到的吸收模式，和來自哈勃觀測ISM 的吸收模式相匹配。

雖然，哈勃望遠鏡在空間大部分大氣層上方軌道運行時，它的視野是清晰無障礙的。然而，為了有機會檢測到C 60 的微弱指紋，科學家們仍然不得不推動哈勃遠遠超出其往常的靈敏度限制。科學家Cordiner表示，雖然目前已知的DIB超過400個，但除了少數新近歸因於C 60 的 DIB 以外，尚沒有一個被確鑿地肯定。簡而言之，DIB的出現，雖然表明了太空中存在大量富含碳的分子，並且其中一些可能最終參與產生生命的化學物質。但是，在科學家們分配剩餘的DIB之前，這種材料的組成和特徵仍然是未知的。

C 60 和星際分子最強的吸收特徵

我們所知道的生命都需要基於碳分子，而C 60的存在便證明了：在星級空間的惡劣環形中，複雜的碳分子也可以形成並生存，從某些方面而言，這也是化學複雜性的終極；與此同時，它的存在也證明了，此空間環境固有的高水平化學複雜性。在太空中，其他複雜的含碳分子，也具有自發產生的很大可能性。

藍色超巨星恆星位於銀河系的平面上，而銀河系的星際介質則主要出於相對平坦的圓盤中，大量的星級物質都會被銀河系中恆星的視線穿過，由此，星際分子最強的吸收特徵才得以顯示出來。而彌散性星際空間中所發現的C 60 則給科學家們帶來了很大的期望，因為這種非常大的含碳分子，可能會揭示那些剩餘未被識別的DIB候選者。

因此，在以後的實驗工作中，研究人員將會測量和C 60 相關的化合物的吸收模式，從而幫助識別剩餘的DIB。與此同時，研究團隊也正在積極的尋找更多環境，以探測C 60 的存在，從而了解於宇宙中布基球存在的普遍程度。到目前為止，科學家們認為銀河系中C 60 似乎非常普遍，只是這個問題的標準答案還需要通過時間來驗證。科學家們一直在探索我們的太陽系及其他地方，希望利用我們強大的太空和地面任務，發現遠近的世界、恆星和宇宙之謎。

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