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