科學家把神秘分子的起源追溯到瀕死恆星

2020-11-22 騰訊網

1985年，科學家在實驗室裡發現了一些非常不尋常的分子 —— 60個碳原子熔合在一起形成的一個球形的、類似足球的結構。

圖解：鍵線式中的α與β碳原子

這種分子現在被稱為巴基球，完整學名是巴基敏斯特富勒烯。幾十年來，這種分子讓科學界即欣喜又充滿了疑問。但是，發表的一項研究最終解決了一個懸而未決的問題，即巴基球是如何以及為什麼會在星際空間被發現的。

#這是2019年瘋狂的太空故事中的第九個#

一開始，科學家們認為巴基球只能在實驗室中形成。但在2010年，美國國家航空航天局觀察到它們在衰亡的恆星附近漂浮

在這項新的研究中，研究人員通過模擬實驗揭示了太空中的巴基球很可能來自碳化矽，或者是一顆死亡恆星留下的由碳和矽組成的星塵。

2010年，哈勃太空望遠鏡在太空中發現了由60個碳原子組成的，形狀類似足球的巴基球。這是首次在星際介質中發現它的帶電（電離）版本。

亞利桑那大學研究生雅各布·伯納爾在接受Inverse採訪時表示:「我們之前認為可以摧毀任何複雜分子的過程，實際上創造了它們，巴基球本不應該存在。」

科學家們此前認為，一顆死亡恆星發出的輻射會殺死任何複雜的分子，包括巴基球。

圖解：藝術家描述的類太陽恆星的生命周期。從左下角的主序星開始，然後膨脹經過次巨星和巨星的階段，直到在右上角將外層拋離，形成行星狀星雲。

亞利桑那大學的副教授Tom Zega告訴天文在線:「大自然做了很多我們不認為是它做的事情。」

通過研究這種奇怪分子的自然元素，科學家們也可以將研究結果應用於現實世界。巴基球非常穩定，能承受高溫和壓力。它們可以用來製造超硬塗層——這可能對納米技術的發展起到作用。例如，如果將巴基球合成一個納米豆莢，那麼理論上藥物可以更有效地輸送到細胞。

富勒烯是碳的同素異形體，其分子由單鍵和雙鍵連接的碳原子組成，從而形成由五到七個原子組成的熔合環封閉或部分封閉的網狀結構。該分子可以是空心球體、橢球體、管狀體或許多其他形狀和尺寸。石墨烯（石墨的孤立原子層）是由規則六角形環組成的扁平網狀物，可以看作是這個家族的一個極端成員。

圖解：C60富勒烯的分子結構。圖源：thecosmeticchemist

具有閉合網狀拓撲結構的富勒烯，通常用經驗公式Cn表示，其中n是碳原子的數目。然而，對於某些n值，可能存在不止一個異構體。

這個家族以最著名的成員巴基敏斯特富勒烯（C60）命名，後者又以巴基敏斯特富勒的名字命名。封閉的富勒烯，尤其是C60，也被非正式地稱為巴基球，因為它們類似於標準的足球協會足球。嵌套的封閉富勒烯被稱為巴基洋蔥。圓柱形富勒烯也被稱為碳納米管或巴克管。純富勒烯或混合富勒烯的塊狀固體形式稱為富勒石。【並沒有在其內部進行驗證】

圖解：碳的同素異形體。圖源：scienceabc

富勒烯的預言已經有一段時間了，但直到1985年意外合成之後，才在自然界和外太空中發現。富勒烯的發現大大增加了已知的碳同素異形體的數量，而這些同素異形體以前僅限於石墨、金剛石和煤煙、木炭等非晶態碳。無論是在化學方面，還是在技術應用方面，特別是在材料科學、電子學和納米技術方面，它們一直是人們深入研究的對象。

作者：inverse

FY: 武薇/沙師弟

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