困扰科学家90年 彗星头部发绿光之谜终获解

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【新唐人北京时间2021年12月29日讯】常见的彗星为什么只有头部是绿色,而彗尾不会呈现绿色?这个问题困扰了科学家90多年,最近一份研究终于找到了答案。

太阳系内已经确定的彗星大约有3700多颗,不过科学家估计实际数字比这大得多。一般来说,彗星的彗核有10公里宽,不过外面包裹的气体层(也叫彗发,coma)宽度通常是彗核宽度的千倍以上。

彗星通常是从太阳系内的柯伊伯带(Kuiper belt)或奥尔特云(Oort Cloud)区域内飞出的冰球,它们是46亿年前、太阳系形成初期孕育诞生了各种天体之后剩下的“边角料”。

很多彗星从地面上肉眼可见,幸运的人们会看见它们划过夜空。仔细观测发现,它们的颜色有个类似的变化规律:很多彗星头部呈现绿色,而且越接近太阳绿色越明显;可奇怪的是,绿色向尾部逐渐过渡变淡,到了彗尾部分绿色就完全消失了。

上世纪30年代的时候,物理学家格哈德·赫茨伯格(Gerhard Herzberg)提出的理论认为,这是阳光破坏了一种名为双原子碳(dicarbon)的物质结构导致的。可是由于双原子碳极不稳定,当时的技术无法验证这一理论。

现在,澳大利亚新南威尔士大学(UNSW)引领的一份研究终于解开了这个谜团,既解释了为什么多数彗星头部呈现绿色,也解释了为什么绿色到了彗尾就消失了。

这份研究通过实验证实,双原子碳是呈现绿色的关键物质。彗星在接近太阳的过程中,其冰核内的有机物受热气化后浮到彗星的表面,也就是彗发部位。阳光分解这些有机物大分子,产生双原子碳,所以多数彗星的头部呈现绿色。

同时这份研究还发现一个名为光解离(photodissociation)的过程:当彗星距离太阳更近的时候,强烈的紫外线开始分解刚产生的双原子碳,使得绿色物质变少,它们抵达不了彗尾就已经消散了。

研究人员在地面的实验环境下模拟了彗星内有机物所处的环境,从而证实了这个过程。

主要研究者之一新南威尔士大学化学教授蒂莫西·施密特(Timothy Schmidt)说,他们用一道高能紫外线激光照射有机物大分子全氯乙烯​​(perchloroethylene)。这的确将其分解产生了双原子碳。

他们把生成的双原子碳送入一个大约两米长的真空密闭室,再用两道紫外线激光照射这些双原子碳。一道是模拟彗星更接近太阳的时候受到更强的紫外线辐射;另一道通过探测里面碳原子之间绑定的力度,了解双原子碳被分解的情况。

合作研究员加斯敏·博尔索夫斯基(Jasmin Borsovszky)说,这个实验很复杂,他们花了9个月的时间准备,才看到了结果。“三道激光都是不可见光,所以需要很多摸索的过程,真的是这样。”

施密特说,这是第一次观测到这个化学反应过程。“上世纪30年代提出的谜团现在终于解开了,这个结果相当令人满意。”

这份研究10月25日发表于美国国家科学院院刊(PNAS)。

(转自大纪元/责任编辑:叶萍)

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