为什么太空中的透气氧气太少了

你每分钟呼吸一次,但几乎没有任何分子氧 - 否则称为O 2 -in空间。 1998年,美国国家航空航天局甚至发射了一颗卫星,该卫星应该能够发现大量的分子氧但从未发现 - 除非科学家们担心该仪器出现故障,并将其瞄准地球。 现在,一项基于地面的实验揭示了为什么这种赋予生命的分子在宇宙中如此罕见:因为氧原子紧紧地粘附在星尘上,阻止它们连接在一起形成氧分子。 这一发现应该可以深入了解恒星和行星出现时的化学条件。

在氢气和氦气之后,氧气是宇宙中第三大常见元素,并且在20世纪70年代,天文学家预测分子氧将是分子氢(H 2 )和一氧化碳(CO)之后的第三个最常见的星际分子。 显然不是。 事实上,天文学家只在两个地方探测到了星际分子氧:猎户座大星云和Rho Ophiuchi云。 但即使在那里,分子也比理论预测的要少得多。 例如,猎户座大星云中的氢分子数量超过一百万分之一的氧分子。

为了解释这种稀缺性,天文学家最近提出氧原子与太空云的尘埃粒子紧密结合。 “每个人都知道原子氧的结合能非常重要,”纽约锡拉丘兹大学的实验天体物理学家焦鹤说。 “但是没有对这个参数进行实验测量。”

现在,他和他的同事已经测量了这个数字。 科学家加热了两种类型的固体,这些固体组成了星际尘埃颗粒 - 水冰和硅酸盐 - 以观察氧原子是如何容易逃逸的。 正如他们最近在“天体物理学杂志”上报道的那样 :水冰为0.14电子伏特,硅酸盐为0.16电子伏特。 这足以使氧原子保持在星尘状态,而没有冷星际云的最小热量驱逐它们。 猎户座大星云可能欠它的少量分子氧到一个从尘埃粒子中撕裂原子的冲击波; 地球的空气充满了氧气,因为树木和其他植物将它放在那里。

“这是一个非常有价值的衡量标准,”马萨诸塞州剑桥市哈佛 - 史密森天体物理中心的天体物理学家加里梅尔尼克说,他最近预测了这种高能量的结合能。 “它解释了很多。”

远离星际尘埃颗粒的氧原子可以结合形成分子氧。 但是当它们停留在谷物上时,氢原子与氧结合产生水冰(H 2 O)。 然后水可以成为小行星,彗星和行星的一部分,为创造生命奠定基础。

保罗戈德史密斯是加利福尼亚州帕萨迪纳喷气推进实验室的天文学家,在欧洲的赫歇尔空间天文台于2010年检查了猎户座大星并检测到难以捉摸的分子后,花了超过四分之一世纪寻求星际分子氧才终于成功。 “我花了这么多年的时间来寻找它可能是错误的,但在某种程度上,凭借这些实验室数据和所有赫歇尔数据,我们可以说得很好,我们现在就明白了。”