氧分子“躲貓貓”玩了230年

最近，一個國際科學家團隊利用歐洲航天局的“赫歇爾”空間望遠鏡，在太空的浩淼云煙中捕捉到了氧分子在亞毫米波段的特征譜線。美國航天局就此發(fā)表新聞公報說，這是天文學家首次“可以確定地”宣布太空氧分子的存在。

正如地球人一刻也離不開氧氣，人類一直在太空中搜尋著水和氧氣這兩種賴以生存的物質(zhì)。太空氧分子的發(fā)現(xiàn)是否意味著地球之外真的有外星生命存在？氧作為宇宙中的第三大元素，為何它在太空中的身影如此難覓呢？記者就此請教了國內(nèi)天文學家。

找到氧分子是否意味著有生命？

上海市天文學會名譽理事長趙君亮說：“人類一直在宇宙中尋找氧氣和水，如果哪顆行星上有這兩樣物質(zhì)，就被認為可能存在生命的前提條件?！辈贿^，另一種意見認為，氧分子未必與生命起源直接相關(guān)，因為地球上最原始的生命視氧氣為“毒氣”，較高等的生命才需要氧氣。

然而，氧分子畢竟只是一種無機分子，對“太空氧分子”的確認還不能說明什么問題。

迄今為止，人類已經(jīng)知道，太空中存在超過140種的不同分子，其中許多是有機的。1969年在星際氣體中發(fā)現(xiàn)了第一種有機分子——甲醛，之后又發(fā)現(xiàn)了乙醇、醋酸以及乙醇醛（最簡單的糖分子）。2003年，甘氨酸的發(fā)現(xiàn)引起了轟動——盡管那只是最簡單的氨基酸，畢竟氨基酸是蛋白質(zhì)的基本構(gòu)成，不過這一結(jié)果仍有爭論。與此相比，氧分子的魅力顯然難以匹敵。

氧分子為何總愛“躲貓貓”？

早在18世紀70年代，人類就認識了地球上的氧分子，但在太空中，氧分子總愛玩“躲貓貓”，天文學家們花了230年才最終贏得了“游戲”。這究竟是為什么呢？

宇宙中氫原子最多。按比例計算，宇宙中倘若有100個氫原子，那么氧原子就只有1．28個，但這已在宇宙元素中排名第三了（第二位是氦，約為氫元素的39%）。

趙君亮介紹，即便氧原子數(shù)量眾多，但能形成分子卻受條件限制。在大質(zhì)量恒星中央，進行著地球上無法想象的核聚變反應(yīng)——氫原子聚合成氦，氦又聚合成碳、氧……最后變成鐵原子?！昂阈琴|(zhì)量越大，核聚變才能進行得越深入?！彼f，只有在大質(zhì)量恒星中，才可能通過核聚變產(chǎn)生氧原子?！八?，這次天文學家把望遠鏡對準了距地球150光年的獵戶座大星云——那里是著名的年輕大質(zhì)量恒星的孕育之地。”

氧原子在大質(zhì)量恒星中產(chǎn)生后，一般以電子、原子核分離的等離子態(tài)存在，直到隨恒星爆發(fā)或恒星風（恒星表面物質(zhì)以每秒超過500公里的速度被拋向宇宙）離開星體后，才逐步降溫成為原子，可能變成水附著于寒冷的星際塵埃上。

根據(jù)美國宇航局報道，“赫歇爾”探測到的這些氧原子應(yīng)當來自星際塵埃。它們被鎖在附著在塵埃表面的水冰中，在星光的加熱下，水融化并釋放出氧原子，氧原子又結(jié)合成氧分子。

“這些分子譜線，只能在紅外甚至更長波段才能探測到，難度相當高。”趙君亮說，“直到‘赫歇爾’望遠鏡升空，才讓天文學家達成了心愿?！?/p>

“赫歇爾”比“奧丁”強在哪里？

2009年升空的“赫歇爾”空間望遠鏡是此項發(fā)現(xiàn)的大功臣。它對波長較長的光線極為敏感，即對在遠紅外、亞毫米（波長小于1毫米）的光線具有極佳的“視力”。它升空的使命，就是探索宇宙中的低溫空間和物體——包裹在寒冷氣體與塵埃中的嬰兒恒星、在宇宙中尋找水，發(fā)現(xiàn)氧氣也是其重要任務(wù)之一。

一位天文學家告訴記者，在亞毫米波段氧氣有三個特征光譜結(jié)構(gòu)，但很容易被大氣吸收，因此以前用地面望遠鏡、高空氣球等方式探測，都無法獲得確定的理想結(jié)果?！昂招獱枴鄙硖幪眨苊饬舜髿獾挠绊?，而亞毫米波段的觀測又是其強項，這次“建功”也就在情理之中了。

2007年，瑞典“奧丁”空間望遠鏡也聲稱發(fā)現(xiàn)了氧分子，為何無法完全確認？原來，“奧丁”是一架口徑1．1米的亞毫米波望遠鏡，分辨率較低。而“赫歇爾”的口徑達到3．5米，分辨率比“奧丁”高出許多，可以精確定位氧分子所處空間，才終于解開了天文學家心頭的這個謎團。

摘自2011年8月4日《文匯報》