破解色彩之謎：為什么彗星會(huì)發(fā)出綠色的光

晴朗的夜晚，我們經(jīng)?？梢栽谛强罩锌吹揭恍┩现L(zhǎng)尾巴的發(fā)光天體，它們就是彗星。

彗星有頭有尾，從形狀來看，更像是一把倒掛著的掃帚。在中國民間，彗星的名聲并不太好，老人們認(rèn)為其寓意不詳，因此又稱其為“掃帚星”或“災(zāi)星”。

事實(shí)上，彗星僅僅只是圍繞太陽運(yùn)動(dòng)的普通天體， 亮度和形狀會(huì)隨日距變化而變化，并呈現(xiàn)云霧狀的獨(dú)特面貌。目前，人類已經(jīng)觀測(cè)記錄的彗星數(shù)量達(dá)1700余顆，最著名的便是大家耳熟能詳?shù)墓族缧恰?/p>

不過， 一個(gè)問題卻一直困惑著天文學(xué)家，那就是為什么有一些彗星會(huì)發(fā)出綠色的光？近日，一個(gè)來自澳大利亞的研究團(tuán)隊(duì)宣布，他們首次在實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了彗星背后的色彩呈現(xiàn)機(jī)制。

相關(guān)研究結(jié)果于2021年12月28日發(fā)表，該論文以《二碳的光解：自然界如何打破不尋常的多重鍵》為題，第一作者是澳大利亞新南威爾士大學(xué)的學(xué)者賈斯敏·博索夫斯基。

彗星發(fā)光機(jī)制首次得到驗(yàn)證

通常來說，彗星是由彗頭和彗尾兩大部分組成，其中，慧頭又分為彗核和彗發(fā)。當(dāng)彗星在接近太陽時(shí)，彗尾會(huì)變得越來越長(zhǎng)，據(jù)天文觀測(cè)數(shù)據(jù)， “ 其最長(zhǎng)可達(dá)2 億多千米”。

長(zhǎng)期以來，人們一直觀察到彗星的彗發(fā)通常是綠色的，而彗尾則不是。

以洛夫喬伊彗星為例，該彗星的軌道非常接近太陽，也一直被認(rèn)為是最活躍、最明亮的彗星之一。當(dāng)它掠過地球時(shí)，天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，其慧頭被一層朦朧的綠色光環(huán)所包裹。

此前，這種綠光被猜測(cè)來自一種叫做二碳的活性分子，其在光解作用下會(huì)不斷揮發(fā)顏色。

該猜測(cè)來自德國物理、化學(xué)家格哈德·赫茨伯格，同時(shí)，其也是1971年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主。早在20世紀(jì)30年代，他就開始研究宇宙中的分子光譜，并猜測(cè)彗星發(fā)光的背后可能涉及一種氣態(tài)碳分子的光解過程。

與大氣中的對(duì)應(yīng)物不同，由于其反應(yīng)性，二碳僅存在于稀薄或充滿活力的環(huán)境中，例如火焰、彗星、恒星和漫射星際介質(zhì)中。

由于無法直接觀察，這種光解機(jī)制對(duì)人類來說還是神秘而未知的。

“我們首次在實(shí)驗(yàn)室中觀察到二碳的光解，并在此過程中以前所未有的精度確定了它的鍵解離能?！辈┧鞣蛩够f道。

為了驗(yàn)證這種光解機(jī)制，該團(tuán)隊(duì)使用紫外激光將氯原子從氯化碳分子中分離出來，只留下碳分子，然后用一種高強(qiáng)度的光對(duì)其進(jìn)行“沖擊”，從而觀察接下來的化學(xué)反應(yīng)。

最終，該團(tuán)隊(duì)驚喜地發(fā)現(xiàn)，在這種化學(xué)反應(yīng)下，該碳分子會(huì)在一邊分解的同時(shí)一邊發(fā)射綠色光子?！疤挤肿訒?huì)吸收兩個(gè)光子，其中一個(gè)光子將碳分子激發(fā)到半穩(wěn)定狀態(tài)，第二個(gè)光子則需要將其激發(fā)到一個(gè)能量更豐富、更不穩(wěn)定的構(gòu)型?！痹搱F(tuán)隊(duì)描述道。

正是在這種光解機(jī)制下，碳分子會(huì)逐漸衰變，并散發(fā)一種獨(dú)特的綠色光子。而這也是彗星會(huì)發(fā)綠光的原因所在。

彗星仿若“時(shí)空膠囊”，或助力揭秘生命起源

澳大利亞新南威爾士大學(xué)化學(xué)家蒂姆· 施密特表示，“我們證實(shí)了彗星的綠光來自二碳分子，當(dāng)它們暴露在太空中的陽光下時(shí)，可以吸收和發(fā)射可見光。這種處于地球與太陽間二碳分子的壽命約為兩天?！?/p>

施密特指出，赫茨伯格提出的關(guān)于彗星發(fā)光可能涉及一種氣態(tài)碳分子的猜測(cè)是正確的，不過其預(yù)想的光解機(jī)制則有些不太準(zhǔn)確。但施密特認(rèn)為，這可以被原諒，因?yàn)楫?dāng)時(shí)還處于20世紀(jì)30年代，科技的水平會(huì)極大地制約人們的想法。

值得一提的是，為了精準(zhǔn)地還原出該碳分子分解的過程，該團(tuán)隊(duì)通過真空室和多種紫外激光器，共同構(gòu)建了一個(gè)類似于近地空間的環(huán)境，這也是一般火箭和衛(wèi)星所處的飛行區(qū)域。

此外，據(jù)了解，彗星也是人類研究生命起源的重要途徑。天文學(xué)家往往會(huì)將彗星視為“時(shí)空膠囊”，因?yàn)樗恍┨栂抵凶钤嫉奈镔|(zhì)。

早在2015年，有研究團(tuán)隊(duì)首次在彗星上發(fā)現(xiàn)了兩種復(fù)雜的有機(jī)分子，具體來說更像是酒精和某類糖分，它們被認(rèn)為是構(gòu)成生命的必要成分，該發(fā)現(xiàn)為解開包括地球在內(nèi)的生命星球起源問題提供了新思路。

有趣的是，這顆立下“功勞”的彗星正是前面提到的洛夫喬伊彗星，它也因此成為了名副其實(shí)的“愛與歡樂”慧星。