據美國科學(xué)日報報道，氧是地球上蘊藏最豐富的元素，大約占地球質(zhì)量的一半以上。地球上的氧具有三種穩定同位素形式：氧16、氧17和氧18。氧16占地球上氧總量的99.762%，氧17占0.038%，氧18占0.2%。目前，科學(xué)家聲稱(chēng)，發(fā)現了關(guān)于氧元素的新線(xiàn)索，進(jìn)而可揭示太陽(yáng)系的起源。
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探測氧元素的新線(xiàn)索，進(jìn)而可揭示太陽(yáng)系的起源
太陽(yáng)系中許多原始星體上的礦石比地球上氧同位素具有完全不同的比率，其中包括碳質(zhì)球粒狀隕石，科學(xué)家推測在太陽(yáng)系早期大量存在著(zhù)罕見(jiàn)較重的氧同位素。美國伯克利實(shí)驗室化學(xué)科學(xué)公司的穆薩·阿梅德說(shuō)，“作為一位化學(xué)家，氧同位素比率將幫助我們理解太陽(yáng)系的起源問(wèn)題。為什么地球上礦石中氧同位素比率會(huì )出現顯著(zhù)差異，這一點(diǎn)使科學(xué)家們迷惑許多年?！?
不同氧同位素模型將解釋其間的差異性，其中包括太陽(yáng)系同位素比率形成奇特的恒星，或者通過(guò)核反應過(guò)程形成不同類(lèi)型的恒星，這種太陽(yáng)星云的化學(xué)處理過(guò)程將提高氧同位素的比率。像這樣的進(jìn)程被命名為“同位素自屏蔽隔離”。太陽(yáng)星云中富含氧分子的一氧化碳，當它被真空紫外線(xiàn)解離時(shí)，自屏蔽隔離被認為是相關(guān)氧分子生成的關(guān)鍵性因素。
在外太空的灰塵和氣體分子星云中已觀(guān)測到自屏蔽隔離現象，當充沛的真空紫外線(xiàn)從附近的恒星滲透進(jìn)入分子星云，將把一氧化碳分子分解成為碳原子和氧原子。不同同位素吸收真空紫外線(xiàn)光子具有輕微的能量差異，然而，在接近星云邊緣的區域，一氧化碳和大量的氧16同位素吸收了大量被氧16吸收的光子，因此氧16位于星云中更深的位置。但是氧17和氧18，吸收了不同能量，卻并未產(chǎn)生屏蔽隔離，在星云內部，相關(guān)更多的一氧化碳分子和較重同位素被解離，同時(shí)，較重的氧原子被釋放出來(lái)。
研究人員期望太陽(yáng)系早期存在一個(gè)類(lèi)似的進(jìn)程，伴隨著(zhù)年輕的太陽(yáng)輻射真空紫外線(xiàn)，一氧化碳將在原太陽(yáng)的炎熱區域發(fā)生作用，或者在更遠的寒冷區域起作用。是否真空紫外線(xiàn)的自屏蔽隔離真實(shí)工作于該狀態(tài)下呢？如果是這樣的話(huà)，氧同位素比率將產(chǎn)生怎樣的影響？到目前為止尚沒(méi)有準確的答案，該提議未進(jìn)行實(shí)驗方法測試。阿梅德說(shuō)，“加州大學(xué)圣地亞哥分校的馬克·蒂蒙斯與我們取得了聯(lián)系，使用光波線(xiàn)9.0.2(beamline 9.0.2)進(jìn)行了方向測試，先進(jìn)光源機構(Advanced Light Source)提供真空紫外線(xiàn)光子可以精確地調諧一氧化碳分解時(shí)產(chǎn)生的多樣性能量?！?br data-filtered="filtered"/>
化學(xué)家蒂蒙斯調查太陽(yáng)系氧比率已有30多年，他是美國“起源號”宇宙飛船科學(xué)研究小組成員之一，他對太陽(yáng)風(fēng)的樣本進(jìn)行了研究分析。他認為如果不深入認識宇宙天體氧化學(xué)進(jìn)程，將無(wú)法理解太陽(yáng)系如何形成和進(jìn)化的。
伴隨著(zhù)太陽(yáng)系早期一氧化碳的光解作用，水在太陽(yáng)系進(jìn)化過(guò)程中至關(guān)重要?；谠S多復雜的化學(xué)反應，太陽(yáng)系最古老的礦石中將鎖定較重的氧同位素，隨后這些氧同位素形成于其他太陽(yáng)系的星體中。阿梅德解釋稱(chēng)，第一階段是一氧化碳發(fā)生光解作用，形成氫、氧原子，氧和氫原子結合形成羥氫氧基HO，該分子很快與氫結合會(huì )形成水分子。以上原子和分子是構成星體灰塵粒子的基本成份，因此，水分子中的氧原子在某些模式下可以轉換氧同位素成為硅酸鹽。不同的氧同位素將持續通過(guò)該階段測試，我們的實(shí)驗重點(diǎn)關(guān)注第一階段所發(fā)生的變化。
測試者通過(guò)一個(gè)測試艙發(fā)送超純凈一氧化碳，每個(gè)一氧化碳分子在4個(gè)不同波長(cháng)狀態(tài)下暴露于同步加速器產(chǎn)生的真空紫外線(xiàn)光子波中，一氧化碳分子在每個(gè)波長(cháng)下暴露的時(shí)間很長(cháng)，在3-16小時(shí)之間。當碳和氧原子解離時(shí)，氧原子很快與完整的一氧化碳分子結合形成二氧化碳，然后收集在液氮冷卻容器中。這些實(shí)驗樣本由研究小組成員蘇布拉塔·查克拉博爾蒂送至加州大學(xué)圣地亞哥分校，查克拉博爾蒂采用化學(xué)方法從二氧化碳中移除氧分子，然后他通過(guò)質(zhì)量光譜測定法測定同位素比率，依據分子的質(zhì)量分離同位素。
阿梅德說(shuō)，“這項研究成果非常令我們吃驚，我們證實(shí)了真空紫外線(xiàn)自屏蔽隔離進(jìn)程對于太陽(yáng)系最古老星體氧同位素比率特征具有重要的作用?！?基礎性物理化學(xué)足以生成高比例較重的同位素，這種比率的同位素與太陽(yáng)系早期環(huán)境的礦石樣本很相似。研究人員推斷太陽(yáng)星云中寒冷區域很可能產(chǎn)生大量較重的氧同位素分子，但是該區域并不經(jīng)過(guò)同位素自屏蔽隔離。阿梅德說(shuō)，“同位素比率并不會(huì )告訴人們?yōu)槭裁刺?yáng)系早期會(huì )與現今存在如此大的差距，目前在實(shí)驗室里我們還有更多的科學(xué)研究需要進(jìn)行。關(guān)于氧化學(xué)反應的一個(gè)進(jìn)程是我們希望下一步測試氧、水和硅酸鹽之間的反應，這將生成太陽(yáng)系最初的巖石結構?！?/p>