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保时捷女车主

科学家们最终发现了宇宙中第一个化学反应产物。

????这篇文章来自于微信公众号:我是一个学者(id:iamascientist)。作者:朱强,编辑:Yuki,头像来源:unsplash,如果有人问:宇宙中第一个化学反应的产物是什么?,我相信,即使是那些学了很多年化学的人,也会在一瞬间感到困惑:这有点难吗?化学老师好像不是教过它吗?,你不能回答也没关系。,事实上,这不仅是一个化学老师,很长一段时间以来,甚至连科学家都不知道产品藏在宇宙中的什么地方。,但毕竟,以“第一”的名字,这个产品是特别重要的。因此,天文学家花了几十年的时间在广阔的宇宙中寻找它。直到最近,他们终于实现了他们的愿望!,2019年4月17日,一组研究人员在《自然》杂志上发表了一篇论文,宣称他们在行星状星云NGC7027中探测到了氦氢离子。这是第一次在现代宇宙中探测到这种离子,它是真实宇宙中第一次化学反应的产物。,行星状星云NGC7027和HEH如图所示,其中红色的球体代表氦,蓝色的球体代表氢。资料来源:参考文献[2],他是怎么形成的?,在解释科学家们所做的工作之前,让我们花点时间回到宇宙的早期,看看宇宙中第一个化学反应发生了什么。,大爆炸发生后约38万年,宇宙经历了高温的密集状态,并随着膨胀开始降温,当时温度降到4000开尔文(K)以下。当时,轻元素(氢、氦和锂是大爆炸核合成过程中唯一产生的元素)的离子开始重新组合。氦离子(He2和He)首先与自由电子结合,形成宇宙中最早的中性原子。氢的复合也随后发生。,虽然化学教科书告诉我们氦是一种惰性气体,但在今天的地球上,在正常的温度和压力下很难反应。但在早期宇宙的高温和稠密环境中,情况却大不相同。中性氦原子与质子结合形成氦氢离子,这是宇宙中第一个化学反应。这些产物含有宇宙中最早的化学键。,化学反应的过程,其中h_是光子的能量。照片来源:参考文献[1],HEH的结构显示了左边的质子和右边的氦原子,中间有化学键。来源:wikimedia commons,化学的曙光也随之而来。,然后氦氢离子与氢原子相互作用形成氢分子。氢分子是第一颗星形成的基础。恒星,就像“元素工厂”,构成了构成今天宇宙的所有元素。这些元素的惊人组合创造了生活,我们有机会在这里讨论它。,见证生命的萌芽。图片来源:Pixabay,他可能在那里,但我们看不见。,虽然氦和氢离子在早期宇宙的演化中起着非常重要的作用,但天文学家从未在星际空间中发现它们的存在,因此无法证明化学诞生过程中这一关键的第一步。,这是因为他们使用的太空望远镜无法从其他分子发出的混合信号中识别出氦和氢离子的信号。,正如论文作者德国马克斯普朗克射电天文学研究所的Rolf Gu Sten所说,“几十年来,天文学一直处于进退两难的境地,因为缺乏证据证明星际空间中存在这样的离子。”,早在1925年,化学家就在实验室合成了这种离子。但直到20世纪70年代末,天文学家才开始讨论在天体环境中存在此类离子的可能性,并将行星状星云作为寻找此类离子的候选区域。,行星状星云是由类似太阳的恒星在其演化末期向外投射的物质组成。星云膨胀,最终在星际空间中释放出气体和尘埃,只留下中心的炽热恒星。天文学家认为,行星状星云的物理条件与早期宇宙的物理条件相似,很可能产生的离子密度足以被探测到。,行星星云NGC7027。来源:wikimedia commons,事实上,天文学家已经瞄准了NGC7027,这是一个行星状星云,从一开始就发现了HEH。星云距离地球3000光年,靠近天鹅座。然而,当时的观察并没有得到明确的结果,后续的研究虽然暗示了HEH的存在,但仍然没有实现直接的检测。,答案是“飞机上的天文台”。,从2016年开始,天文学家试图利用平流层红外天文台(SOFIA)进行探测。这是一个由美国宇航局和德国航空航天中心联合发射的天基天文台。事实上,观测设备安装在波音747SP宽体客机上。,你说得对。这是正在飞行的平流层红外天文台。来源:wikimedia commons,索菲亚于2010年投入使用。在地面以上14000米的高度飞行的飞机可以避免地球大气层的许多干扰。与太空望远镜相比,索非亚望远镜的一个明显优势是,每次飞行后,天文学家都可以调整他们的探测计划,及时安装最新的设备。,索菲亚科学中心主任哈罗德·约克对索菲亚的作用发表了评论:“氦氢离子隐藏在那里,但我们需要合适的设备在适当的位置观察它们,索菲亚可以做到完美。”,帮助天文学家发现氦氢离子的装置是安装在最新设备升级中的德国太赫兹频率接收器。这个仪器有点像我们用来听收音机的收音机。天文学家把它调到他们想找到的离子的发射频率,就像我们把收音机调到我们想收听的频道一样。,当索菲亚在夜间观察时,船上的科学家可以实时读取设备的数据。2016年5月,索菲亚进行了三次飞行观察。由古斯登领导的一个小组分析了观察到的数据,最终发现了氦氢离子的信号。,古斯滕和许多天文学家对氦氢离子的首次发现感到兴奋,长期的研究终于圆满结束。,在大爆炸理论的基础上,我们对早期宇宙化学有了深入的了解,并推断出它是如何在数百亿年的时间里演变成当今宇宙的复杂化学。第一次化学反应的出现无疑是其中的关键部分之一。,氦氢离子的发现消除了我们的担忧,使我们能够继续相信现有的理论,并指导我们发现宇宙的更深的秘密。,我们都是散乱的骨架。现在我们知道从哪里开始这个故事了。,参考材料:,[1]Rolf Gu_Sten等人,《自然》,第568卷,357-359(2019年),〔2〕

zhe pian wen zhang lai zi yu wei xin gong zhong hao: wo shi yi ge xue zhe id: iamascientist. zuo zhe: zhu qiang, bian ji: Yuki, tou xiang lai yuan: unsplash, ru guo you ren wen: yu zhou zhong di yi ge hua xue fan ying de chan wu shi shen me?, wo xiang xin, ji shi shi nei xie xue le hen duo nian hua xue de ren, ye hui zai yi shun jian gan dao kun huo: zhe you dian nan ma? hua xue lao shi hao xiang bu shi jiao guo ta ma?, ni bu neng hui da ye mei guan xi., shi shi shang, zhe bu jin shi yi ge hua xue lao shi, hen zhang yi duan shi jian yi lai, shen zhi lian ke xue jia dou bu zhi dao chan pin cang zai yu zhou zhong de shen me di fang., dan bi jing, yi" di yi" de ming zi, zhe ge chan pin shi te bie zhong yao de. yin ci, tian wen xue jia hua le ji shi nian de shi jian zai guang kuo de yu zhou zhong xun zhao ta. zhi dao zui jin, ta men zhong yu shi xian le ta men de yuan wang!, 2019 nian 4 yue 17 ri, yi zu yan jiu ren yuan zai zi ran za zhi shang fa biao le yi pian lun wen, xuan cheng ta men 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