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回顧:太平洋底部出現不該有的東西,是630萬年前「天外來客」?

2024-05-05科學

古往今來,人類對宇宙的探索從未間斷過。當我們仰望夜空,看見明亮的星星和月亮時,我們覺得宇宙離我們並不遙遠。可當我們真的要去觸碰它們時,離我們最近的月球也有大約38萬公裏。

仰望星空

宇宙的誕生

宇宙在一次大霹靂中誕生。 大霹靂以前,或許存在著一個奇異點 聚集了所有的物質和能量 形成一個品質巨大、密度巨大以及溫度巨高的點 。這個 點瞬間產生的壓力,造成了這次大霹靂。

大量的 能量和物質從大霹靂中噴射出來 冷卻後與空間中的粒子合成形成質子和中子 。它們 聚合形成原子核,也就產生了最早的氫原子核與氦原子核

宇宙大霹靂

經過 130多億年的演變,宇宙才慢慢在氫氣的聚集下形成原始恒星和星系, 最後宇宙才變成了如今的模樣。 物理學家們將這一次的大霹靂反應原理稱為「量子物理」。

太平洋海底的神秘物質

霍金在逝世前認為, 宇宙中已經發生過20次大霹靂 ,從爆炸到融合,再爆炸,如此迴圈,卻並沒有往復。在這些爆炸的過程中, 產生了很多重元素和放射性元素 。其中就有一部份來到了地球。

地球結構

這些元素 大部份都存在於地球的地幔與地核中 ,在 地質變遷的過程中透過各種形式到達地殼 。在 70%多的海洋裏,是大部份元素聚集的地方。

此前日本一家石油公司在太平洋進行石油勘測工作時, 挖到了太平洋海底的地殼下方1600公尺(1.6公裏)的巖石 ,在其中發現了一些罕見物質。

鈈-244(Pu-244)

經科學家們研究鑒定,發現 這些物質是本不該存在在地球上的鐵-60(Fe-60)和鈈-244(Pu-244) 。根據這兩種同位素的半衰期, 科學家推測它們早在630萬年前便已經在地球上消失了

科學家們在對這些遠古的放射性核素的研究,才得以讓它們推測這些同位素和其他類似物質產生的天文時序表,讓他們得以了解更多在數百萬年前發生在太陽系的太空大霹靂。不過, 既然是地球上不該有的東西,那這些「天外來客」到底為何會在地球現身呢 ?它們真的來自外星嗎?

太陽系

鐵-60(Fe60)

首先我們需要了解此次 在太平洋中發現的兩大放射性同位素。

鐵元素在元素周期表上位於第26號 ,是 地球上非常豐富的元素之一 ,在 地殼元素中的占比為4.75%,位列第四。

鐵元素也是大品質恒星核融合反應的終點 ,當 鐵元素不再融合成別的元素時 ,會 打破恒星內的流體靜力學平衡,使得恒星內爆,從而形成超新星

鐵原子核中存在不同數量的中子,同位素多達34種 宇宙中大部份的鐵元素都是有鐵-56的形式出現 ,即由 26個質子和30個中子組成的穩定核結構 。而 鐵-60則擁有34個中子,多出的四個中子使得這一同位素變得很不穩定,並行生放射衰變

此前,在 南極洲的純白色雪中也曾發現過這個罕見的同位素 。當時研究人員認為,這些同位素是當我們的太陽系穿過星際瓦斯雲時,它才落到地球上,也就是說, 這種同位素並沒有持續而固定的來源。

鐵-60(Fe60)的半衰期

國際物理學家團隊對鐵-60的半衰期進行測定,這一次的測定結果與此前的結果有兩倍因子之差。科學家認為,此前測定的那點誤差,也正是早期實驗困擾的主要原因。

來自 澳洲國立大學的安東·沃爾尼(Anton Wallner )和來自於 奧地利、紐西蘭等國的其他同事一起,采用了與早期不同的測試方法 ,證實了 鐵-60相對精準的半衰期為260萬年(誤差控制在2%以內) 。這個時間可以作為天文鐘來確定同一時間維度的天文事件。

目前 地球已經誕生有45億年,根據鐵-60的半衰期 ,可以推測, 這個在地球上瀕臨滅絕的反射性核素,一定不是來自地球本身 。或許是來自外太空的隕石爆炸,或許是來自恒星的核合成,也就是我們說的超新星爆炸。

超新星爆炸

鈈-244(Pu-244)

鈈與鐵元素有一個很大的區別就在於, 鈈作為元素本就是一種反射性元素 ,在元素周期表中 排在第94號。

太平洋下將近5000英尺的地方被發現有鈈-244(Pu-244)——鈈元素的同位素之一 。根據科學家測定, 鈈-244的半衰期是8060年 。同樣的,在地球形成的過程中,最初存在的任何鈈-244也早已衰變。

鈈元素

安東·沃納(Anton Wallner)在聲明中表示, 「情況很復雜——可能這顆鈈-244是在超新星爆炸中產生的,也可能是一個更古老、但更壯觀的事件,比如中子星爆炸後留下的。」

研究人員在對太平洋中收集的樣本進行分析時發現,他們發現的 鈈-244數量只有預計中的百分之一。 因此科學家們在推測時承認,除了超新星會產生重元素之外, 中子星的合並也可能是鈈-244產生的原因。

此次鈈-244的發現,給科學家研究重金屬在恒星中形成的過程提供了重要的線索。就如沃納所說的,這一次檢測的數據,將會是超新星或中子星合並確實會產生鈈-244的第一個證據。

宇宙中的「天外來客」

根據科學家不斷地推測,大概 在630萬年前,在距離地球大約250光年的宇宙出現了超新星爆炸 。一般只有品質超過太陽八倍的恒星,才會產生超新星爆炸。 在爆炸過程中,才會產生28號元素以及之後的其他元素。

這些元素會在爆炸中四散到宇宙各處,也就是說, 在其他恒星上發現的28號以上的重元素,基本上是來自超新星爆炸和中子星合並等。

因此結合鐵-60的半衰期,科學家推測這次 在太平洋發現的鐵-60應該就是來自630萬年前的那次爆炸 。而 鈈-244應該也是同鐵-60一同來到地球, 因此說它們是「天外來客」也不為過。

放射性元素的作用及危害

這些「天外來客」都是屬於放射性同位素,在這一次太平洋的勘測過程中,我們發現的 鐵-60和鈈-244都極少,僅有幾百個原子,甚至連基本的毫克單位都用不著

但即使數量小,也對科學家研究超新星的演化建立了更清晰的概念,並且還能夠更深入地了解它們對氣候造成的影響。

三種放射性衰變

除了這次發現的兩個放射性同位素外,地球上還存在著許多放射性同位素。根據放射性同位素衰變過程放出的射線(或稱放射線)的不同, 放射性衰變可以分為α、β、γ衰變三大類。

放射性同位素的運用

如今放射性同位素技術的運用已經覆蓋了國民經濟中的許多領域,並且在工業、醫學等方面都獲得了十分可觀的經濟效益和社會效益。

醫院的放射科

例如在醫學方面,放射性同位素可以用來診斷和治療。 醫院的放射科便運用了這些同位素 。他們利用放射性同位素在不同組織器官的分布特點,對病變部位進行標記、追蹤、觀察並得出結論。

同位素和重元素的衰變,也非常利於追蹤 。生物和醫學上都會運用到放射性元素或者放射性同位素,對病變部位進行標記、追蹤、觀察,最後得出結論。在治療過程中同樣可以使用放射性同位素,如用鈷-60照射治療腫瘤,用碘-131治療甲狀腺疾病,等等。

放射性同位素的危害

當然 放射性同位素本身就具有一定的放射線,如果處理不當便會發生泄露,對環境和人體造成危害。 例如鈈會產生α射線,這種射線並不會穿透人的皮膚,但還會被人體吸收。

一旦被人體吸收後,便有可能會在人的肝臟和骨骼聚集,從而傷害人體的細胞結構、損害染色體,最終造成臟器損傷和癌變。

不同的射線不同的防護方法

但事實上,由於 鈈的半衰期十分長,在單位時間內的放射線量相對較少, 更何況是鈈-244這樣僅僅只有幾百原子的存在了。因此這一次發現的鐵-60和鈈-244主要是對科學家們研究宇宙的演變以及重金屬元素的形成具有重要作用。 #深度好文計劃#