據(jù)美國(guó)科學(xué)日?qǐng)?bào)報(bào)道，氧是地球上蘊(yùn)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(wěn)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，發(fā)現(xiàn)了關(guān)于氧元素的新線索，進(jìn)而可揭示太陽(yáng)系的起源。
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探測(cè)氧元素的新線索，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(cè)在太陽(yáng)系早期大量存在著罕見較重的氧同位素。美國(guó)伯克利實(shí)驗(yàn)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)系的起源問題。為什么地球上礦石中氧同位素比率會(huì)出現(xiàn)顯著差異，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，或者通過核反應(yīng)過程形成不同類型的恒星，這種太陽(yáng)星云的化學(xué)處理過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(dāng)它被真空紫外線解離時(shí)，自屏蔽隔離被認(rèn)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測(cè)到自屏蔽隔離現(xiàn)象，當(dāng)充沛的真空紫外線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光子具有輕微的能量差異，然而，在接近星云邊緣的區(qū)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(nèi)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)類似的進(jìn)程，伴隨著年輕的太陽(yáng)輻射真空紫外線，一氧化碳將在原太陽(yáng)的炎熱區(qū)域發(fā)生作用，或者在更遠(yuǎn)的寒冷區(qū)域起作用。是否真空紫外線的自屏蔽隔離真實(shí)工作于該狀態(tài)下呢？如果是這樣的話，氧同位素比率將產(chǎn)生怎樣的影響？到目前為止尚沒有準(zhǔn)確的答案，該提議未進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方法測(cè)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?nèi)〉昧寺?lián)系，使用光波線9.0.2(beamline 9.0.2)進(jìn)行了方向測(cè)試，先進(jìn)光源機(jī)構(gòu)(Advanced Light Source)提供真空紫外線光子可以精確地調(diào)諧一氧化碳分解時(shí)產(chǎn)生的多樣性能量。”
化學(xué)家蒂蒙斯調(diào)查太陽(yáng)系氧比率已有30多年，他是美國(guó)“起源號(hào)”宇宙飛船科學(xué)研究小組成員之一，他對(duì)太陽(yáng)風(fēng)的樣本進(jìn)行了研究分析。他認(rèn)為如果不深入認(rèn)識(shí)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)化過程中至關(guān)重要?；谠S多復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，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，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(jié)合形成羥氫氧基HO，該分子很快與氫結(jié)合會(huì)形成水分子。以上原子和分子是構(gòu)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(zhuǎn)換氧同位素成為硅酸鹽。不同的氧同位素將持續(xù)通過該階段測(cè)試，我們的實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)關(guān)注第一階段所發(fā)生的變化。
測(cè)試者通過一個(gè)測(cè)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(zhǎng)狀態(tài)下暴露于同步加速器產(chǎn)生的真空紫外線光子波中，一氧化碳分子在每個(gè)波長(zhǎng)下暴露的時(shí)間很長(zhǎng)，在3-16小時(shí)之間。當(dāng)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(jié)合形成二氧化碳，然后收集在液氮冷卻容器中。這些實(shí)驗(yàn)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，然后他通過質(zhì)量光譜測(cè)定法測(cè)定同位素比率，依據(jù)分子的質(zhì)量分離同位素。
阿梅德說(shuō)，“這項(xiàng)研究成果非常令我們吃驚，我們證實(shí)了真空紫外線自屏蔽隔離進(jìn)程對(duì)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(chǔ)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(qū)域很可能產(chǎn)生大量較重的氧同位素分子，但是該區(qū)域并不經(jīng)過同位素自屏蔽隔離。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(xiàn)今存在如此大的差距，目前在實(shí)驗(yàn)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(yīng)的一個(gè)進(jìn)程是我們希望下一步測(cè)試氧、水和硅酸鹽之間的反應(yīng)，這將生成太陽(yáng)系最初的巖石結(jié)構(gòu)。”