當前位置:首頁>科技>利用廣島核爆炸的產物研究太陽系的形成
發布時間:2025-10-21閱讀(5)
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一些法國的科學家,他們研究了 1945 年美國在日本廣島投下的原子彈爆炸后產生的一種特殊的玻璃——廣島玻璃。他們發現,這種玻璃的形成過程和太陽系中最早的固體,也就是隕石中的鈣鋁富集包裹體(CAIs),有很多相似之處。他們還發現,這種玻璃的氧同位素組成有一種奇怪的現象,叫做質量無關的分餾,這意味著氧同位素的比例不僅取決于它們的質量,還取決于一些其他的因素。這種現象在太陽系中也很常見,但是在地球上很少見,它可以幫助我們理解太陽系的形成和演化。
那么,廣島玻璃是怎么形成的呢?我們先來回顧一下原子彈爆炸的過程。當原子彈爆炸時,它會產生一個巨大的火球,溫度非常高,壓力非常大,里面的物質會被汽化,包括原子彈本身,還有周圍的空氣、水、土壤、建筑物等等。這些物質會形成一個混合的氣體,然后隨著火球的膨脹和冷卻,這些氣體會逐漸凝結成固體顆粒,就像水蒸氣凝結成雨滴一樣。 這些固體顆粒就是廣島玻璃,它們有不同的形狀、顏色、大小、成分,取決于它們凝結的時間、位置、溫度、壓力,以及原始物質的種類。這些玻璃會隨著火球的擴散落到地面,形成一層沉降物,就像核灰一樣。這些沉降物可以在廣島附近的海灘上找到,科學家們就是從那里收集了 94 個樣本,進行了分析。 科學家們發現,廣島玻璃有四種類型:分別是低硅、高鈣氧化物和富含鎂氧化物的梅利萊特玻璃;高鋁氧化物含量和含鐵的鈣長石玻璃;富含硅和鈉氧化物的堿性玻璃;幾乎純硅的硅玻璃。其中,硅玻璃的來源可能是海灘上的沙粒,堿性玻璃的來源可能是工業制品,比如玻璃窗,瓶子等。梅利萊特玻璃和鈣長石玻璃的來源可能是土壤、水、空氣以及混合在一起的其他物質。 科學家們還發現,這些玻璃的氧同位素組成有一些特殊的特征,它們的 17O/16O 比例和 18O/16O 比例之間的關系不是線性的,而是有一些偏離,這就是質量無關的分餾。這種分餾的程度不同,有的玻璃沒有,有的玻璃很明顯,有的玻璃介于兩者之間。科學家們認為,這種分餾是在玻璃凝結的過程中發生的,可能是由于一些化學反應,或者一些動力學效應,或者兩者都有。 那么,這些玻璃和太陽系中的 CAIs 有什么關系呢?CAIs 是一種很特殊的固體顆粒,它們是太陽系中最早形成的物質,它們的年齡大約是 46 億年,比地球還要老。它們主要由鈣和鋁組成,還有一些其他的元素,它們的形狀、顏色、大小、成分也各不相同。它們是怎么形成的呢?科學家們認為,它們是由太陽系的原始星云中的塵埃和氣體汽化,然后凝結而成的。這個過程和廣島玻璃的形成過程很像,只是時間、空間、溫度、壓力、物質的種類都不一樣。
CAIs 的形成環境是一個巨大的氣團,溫度高達幾千度,壓力很低,物質主要是氫,氦,碳,氮,氧,硅,鐵等元素。CAIs 的形成時間是幾百萬年,而廣島玻璃的形成時間是幾秒鐘。但是,這兩種物質的形成機制都是由氣體到固體的轉變,都涉及到物質的汽化,混合,凝結,分餾等過程。所以,科學家們認為,廣島玻璃可以作為一個類比,來幫助我們理解 CAIs 的形成,進而理解太陽系的形成。 當然,這只是一個初步的研究,還有很多問題沒有解決,比如,為什么廣島玻璃的氧同位素分餾的程度不同,為什么廣島玻璃的硅同位素組成和 CAIs 的不一樣,為什么廣島玻璃的形狀和 CAIs 的不一樣,等等。這些問題需要更多的實驗,更多的數據,更多的模擬,更多的理論,來進行探索和解釋。 但是,我覺得,這項研究已經給我們提供了一個很好的啟示,那就是有時候,我們可以從地球上的一些極端的事件中,找到一些線索,來揭示太陽系的秘密。廣島玻璃就是一個例子,它是由人類制造的最強大的武器引發的,但是它卻可以讓我們回到太陽系的起源,看到一些最古老的物質。 |
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