|
宇宙在一次大爆炸中誕生。大爆炸以前，或許存在著一個奇點，聚集了所有的物質(zhì)和能量，形成一個質(zhì)量巨大、密度巨大以及溫度巨高的點。這個點瞬間產(chǎn)生的壓力，造成了這次大爆炸。 大量的能量和物質(zhì)從大爆炸中噴射出來，冷卻后與空間中的粒子合成形成質(zhì)子和中子。它們聚合形成原子核，也就產(chǎn)生了最早的氫原子核與氦原子核。 經(jīng)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，最后宇宙才變成了如今的模樣。物理學(xué)家們將這一次的大爆炸反應(yīng)原理稱為“量子物理”。 霍金在逝世前認(rèn)為，宇宙中已經(jīng)發(fā)生過20次大爆炸，從爆炸到聚變，再爆炸，如此循環(huán)，卻并沒有往復(fù)。在這些爆炸的過程中，產(chǎn)生了很多重元素和放射性元素。其中就有一部分來到了地球。 這些元素大部分都存在于地球的地幔與地核中，在地質(zhì)變遷的過程中通過各種形式到達地殼。在70%多的海洋里，是大部分元素聚集的地方。 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米（1.6公里）的巖石，在其中發(fā)現(xiàn)了一些罕見物質(zhì)。 經(jīng)科學(xué)家們研究鑒定，發(fā)現(xiàn)這些物質(zhì)是本不該存在在地球上的鐵-60（Fe-60）和钚-244（Pu-244）。根據(jù)這兩種同位素的半衰期，科學(xué)家推測它們早在630萬年前便已經(jīng)在地球上消失了。
科學(xué)家們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(zhì)產(chǎn)生的天文時序表，讓他們得以了解更多在數(shù)百萬年前發(fā)生在太陽系的太空大爆炸。 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(xiàn)身呢？它們真的來自外星嗎？
首先我們需要了解此次在太平洋中發(fā)現(xiàn)的兩大放射性同位素。 鐵元素在元素周期表上位于第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。 鐵元素也是大質(zhì)量恒星核聚變反應(yīng)的終點，當(dāng)鐵元素不再融合成別的元素時，會打破恒星內(nèi)的流體靜力學(xué)平衡，使得恒星內(nèi)爆，從而形成超新星。 鐵原子核中存在不同數(shù)量的中子，同位素多達34種。宇宙中大部分的鐵元素都是有鐵-56的形式出現(xiàn)，即由26個質(zhì)子和30個中子組成的穩(wěn)定核結(jié)構(gòu)。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(wěn)定，并發(fā)生放射衰變。
此前，在南極洲的純白色雪中也曾發(fā)現(xiàn)過這個罕見的同位素。當(dāng)時研究人員認(rèn)為，這些同位素是當(dāng)我們的太陽系穿過星際氣體云時，它才落到地球上，也就是說，這種同位素并沒有持續(xù)而固定的來源。 國際物理學(xué)家團隊對鐵-60的半衰期進行測定，這一次的測定結(jié)果與此前的結(jié)果有兩倍因子之差。科學(xué)家認(rèn)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(xué)的安東·沃爾尼（Anton Wallner）和來自于奧地利、新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(zhǔn)的半衰期為260萬年（誤差控制在2%以內(nèi)）。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(jīng)誕生有45億年，根據(jù)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。
钚與鐵元素有一個很大的區(qū)別就在于，钚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(fā)現(xiàn)有钚-244（Pu-244）——钚元素的同位素之一。根據(jù)科學(xué)家測定，钚-244的半衰期是8060年。同樣的，在地球形成的過程中，最初存在的任何钚-244也早已衰變。 安東·沃納（Anton Wallner）在聲明中表示，“情況很復(fù)雜——可能這顆钚-244是在超新星爆炸中產(chǎn)生的，也可能是一個更古老、但更壯觀的事件，比如中子星爆炸后留下的。” 研究人員在對太平洋中收集的樣本進行分析時發(fā)現(xiàn)，他們發(fā)現(xiàn)的钚-244數(shù)量只有預(yù)計中的百分之一。因此科學(xué)家們在推測時承認(rèn)，除了超新星會產(chǎn)生重元素之外，中子星的合并也可能是钚-244產(chǎn)生的原因。 此次钚-244的發(fā)現(xiàn)，給科學(xué)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(shù)據(jù)，將會是超新星或中子星合并確實會產(chǎn)生钚-244的第一個證據(jù)。 根據(jù)科學(xué)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(xiàn)了超新星爆炸。一般只有質(zhì)量超過太陽八倍的恒星，才會產(chǎn)生超新星爆炸。在爆炸過程中，才會產(chǎn)生28號元素以及之后的其他元素。 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(fā)現(xiàn)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并等。 因此結(jié)合鐵-60的半衰期，科學(xué)家推測這次在太平洋發(fā)現(xiàn)的鐵-60應(yīng)該就是來自630萬年前的那次爆炸。而钚-244應(yīng)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。 這些“天外來客”都是屬于放射性同位素，在這一次太平洋的勘測過程中，我們發(fā)現(xiàn)的鐵-60和钚-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(shù)量小，也對科學(xué)家研究超新星的演化建立了更清晰的概念，并且還能夠更深入地了解它們對氣候造成的影響。 除了這次發(fā)現(xiàn)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(jù)放射性同位素衰變過程放出的射線（或稱輻射）的不同，放射性衰變可以分為α、β、γ衰變?nèi)箢悺?/span> 如今放射性同位素技術(shù)的運用已經(jīng)覆蓋了國民經(jīng)濟中的許多領(lǐng)域，并且在工業(yè)、醫(yī)學(xué)等方面都獲得了十分可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。 例如在醫(yī)學(xué)方面，放射性同位素可以用來診斷和治療。醫(yī)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(biāo)記、追蹤、觀察并得出結(jié)論。 同位素和重元素的衰變，也非常利于追蹤。生物和醫(yī)學(xué)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(biāo)記、追蹤、觀察，最后得出結(jié)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。 當(dāng)然放射性同位素本身就具有一定的輻射，如果處理不當(dāng)便會發(fā)生泄露，對環(huán)境和人體造成危害。例如钚會產(chǎn)生α射線，這種射線并不會穿透人的皮膚，但還會被人體吸收。 一旦被人體吸收后，便有可能會在人的肝臟和骨骼聚集，從而傷害人體的細(xì)胞結(jié)構(gòu)、損害染色體，最終造成臟器損傷和癌變。 但事實上，由于钚的半衰期十分長，在單位時間內(nèi)的輻射量相對較少，更何況是钚-244這樣僅僅只有幾百原子的存在了。因此這一次發(fā)現(xiàn)的鐵-60和钚-244主要是對科學(xué)家們研究宇宙的演變以及重金屬元素的形成具有重要作用。 |
|
|
