星云素[nebulium]-不曾存在过的禁忌元素

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你听说过“星云素”(nebulium )吗?它是一种发现于1864年的元素,当年差点把元素周期表搞爆,因为把它搁在哪儿都不搭调!这就对了——因为你得知道,这个大家都曾经以为与大型星云的形成有关的元素根本不曾存在过。
下面要讲述的,便是宇宙如何捏造出一个元素的奇特故事。
十九世纪中期,人们不断找到利用光来揭示宇宙秘密的新鲜而难以置信的手段,当时最重要的一个方法便是使用分光镜。分光镜是一种相对比较便宜的设备,其核心是一段薄膜或者一枚棱镜,可以将构成光线的基本波长一一分解出来。每一种元素吸收以及发射的波长谱线都是固定的。比如当钠被加热时会发出特定的橙黄色光,科学家可以凭借这种光来识别它。这是寻找新元素的主要方法之一。
分光镜的使用也是了解太空中恒星或炽热气体成分的一种重要手段。我们将来自它们的光线分解成谱线,每一组谱线都能够告诉我们那些恒星是由什么构成的。
这就是为什么当初威廉•哈金斯爵士(Sir William Huggins)盯着一个星云的光谱,在4959至5007埃格斯特朗区间发现了一组明亮谱线时,没人能说出个所以然来。这两条绿线无法与任何已知元素关联起来。由于没有更好的解释,他便将它们归于一种新的元素,并称之为星云素。很快问题就出来了。为什么我们如今没听说过这么个元素?因为年复一年,星云素一直没能在元素周期表里找到自己合适的位置。没人会当真以为周期表有问题,然而这种谱线却接连出现在一个又一个星云的光谱中。
到了1869年,星云素的地位既得到了巩固又遭受了削弱。当时皮埃尔•让森(Pierre Jules César Janssen)透过一台分光镜观察太阳,发现了另外一些清晰的谱线。这些谱线暗示着一种奇怪却分布异常广泛的元素的存在。之前在地球上并未发现过这种元素。以古希腊太阳神赫利俄斯(Helios)命名的氦(helium)成了第一种首先在太空中而非地球上被发现的元素。与星云素不同的是,氦在元素周期表里找到了一个舒适的安身立命之所。
这一谜团持续到了下一个世纪。各处的科学家们百思不得其解,这种在三分之一的星云中都有分布的元素究竟是什么。终于到了1927年,埃拉•鲍文(Ira Bowen)解决了这一难题。那个神秘的元素,用另一位天文学家的话讲,“随风而逝”了。这话倒是可以按照字面意义理解,因为它就是氧。
这种有着奇怪谱线的氧不过是在发射一种——同样可以按照字面意义理解——“只应天上有”的光,因为它那种状态在地球上是绝不会存在的。电离态的氧对于周遭的任何东西而言都是一位手非常粘的掠夺者。被夺去一个电子之后,它就开始伸手抓取任何有一个电子可以分享,又能被它抓到的东西。而星云中的氧是被双倍电离的。一颗原子中的一个电子受到激发时通常会发光,因为原子吸收了能量,然后又跌回了其原先的状态。星云能够提供这些条件,是因为太空中的真空状态,是因为星云中气体的那种低密度是人类几乎不可能制造的,哪怕在实验室里。

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如今我们知道了存在于太空中的很多种元素,它们的状态是我们在地球上的自然条件下见不到的。日冕素(Coronuim)是早年间的另一种假冒元素,到头来却只是失去了十三个电子的铁。当这些原子被激发到一种高能状态——也就是吸收了一定能量之后,回到低能状态的唯一方式便是发射一个在其他情况下都发射不出来的光子。它们如果分布得更加密集一些,就会彼此碰撞来降低能量了。
哪怕到了今天,人类能够制造的最强的真空仍旧不能让这些原子达到在星云中的那种低密度。基于这个原因,它们发射的那些光谱线实际上被称为“禁线”,而且只在太空中或者地球高层大气中发现。这是从事天文的又一个理由:有些禁忌之光在地球上是哪儿都瞧不着的。

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