宇宙中缺失的硫磺

作者:小菜 更新时间:2025-04-20 点击数:
简介:一幅插图显示了按大小排列的22个行星状星云。

(图片来源:uux.cn/欧空局/哈勃和美国国家航空航天局、欧洲南方天文台

【菜科解读】

天文学家可能已经解开了为什么死亡恒星的死亡护罩似乎缺乏硫的谜团,这种元素曾被称为“硫磺石”,并与圣经中的表达“火与硫磺”相关联。

根据理论,宇宙中的恒星残骸中应该存在大量的硫。

那么,硫磺去了哪里?

香港大学(HKU)空间研究实验室(LSR)的天体物理学家发现了为什么这样的气态和尘埃残骸区或“行星状星云”似乎没有预期的硫含量。

行星状星云存在于恒星周围,这些恒星耗尽了核燃料供应,变成了致密的恒星尸体,称为白矮星。

该团队表示,预期的硫含量实际上根本不存在,而是玩了一个合适的魔鬼把戏,因为这种元素被地球上以固体形式开采它的人称为“魔鬼的黄金”。

简而言之,硫磺可能藏在显眼的地方。

行星状星云的形状和颜色多种多样,令专业和业余天文学家着迷。

这些星云提供了恒星死亡的短暂“快照”,使它们成为了解恒星最终氢燃烧“主序列”存在的重要窗口,促使人们对其化学成分进行详细检查。

硫磺有史以来最棒的把戏

尽管名字有点令人困惑,但行星状星云实际上与行星没有任何关系。

不同于原行星盘,婴儿恒星周围的物质飞盘坍缩为诞生行星,行星状星云出现在恒星生命的另一端。

当恒星耗尽其核心发生核聚变过程所需的燃料供应时,向外推动并保护每个核心免受每个恒星自身引力巨大向内拉力的能量也停止了。

数十亿年来平衡恒星与坍缩的恒星拉锯战结束了——引力显然是赢家。

然后,随着恒星核心的坍缩,恒星炽热外壳中仍在发生的核聚变导致其膨胀。

这最初将恒星变成红巨星。

太阳将在大约50亿年后经历这一过程,膨胀并吞噬包括地球在内的内行星。

然而,尽管红巨星阶段对靠近垂死恒星的轨道行星来说可能是灾难性的、不可逆转的变化,但它相对短暂。

随着恒星外层冷却并进一步分散,它们留下了一个闷烧的恒星核心,现在是一颗白矮星,被一个死亡裹尸布行星星云所包围。

然而,行星状星云的寿命也很短,仅在白矮星周围存在数万年。

回到丢失硫的难题,对行星状星云的研究揭示了它们的化学成分,表明它们缺乏硫。

然而,这很难解释,因为硫应该是在更大质量的恒星中与氧、氖、氩和氯等元素一起产生的。

事实上,行星状星云中的硫应该与其他元素成比例。

然而这还没有被观察到——尤其是在死亡的中等质量恒星周围。

一颗白矮星在螺旋星云中闪烁的气体和尘埃云中心发出红光,螺旋星云位于700光年外的宝瓶座。

(图片来源:uux.cn/美国国家航空航天局大学/JPL加州理工学院/亚利桑那大学)

为了破解行星状星云硫之谜,研究小组观察了位于银河系中心的130个行星状星云,这是一个前所未有的数据集,没有受到背景噪音或不想要的信息的污染。

该数据集归功于甚大望远镜,这是世界上最先进的光学望远镜之一,位于智利阿塔卡马沙漠的帕拉纳尔天文台。

化学元素吸收和发射特定波长的光,这意味着当光穿过气体和尘埃云时,其中的元素会在光上留下指纹或“光谱”,从而促进了一种称为光谱学的研究方法。

该团队在其数据中发现,硫的缺乏只是行星状星云发出的光的低质量数据的结果。

利用其高信噪比的行星状星云大样本,研究人员首次发现硫和其他元素之间存在强烈的“同步”行为,以前的异常现象实际上已经消失。

宇宙未解三大谜团,持续引发学界及大众热议

传言世界上有三大未解谜团,一是人体谜团,二是地球内核谜团,三是宇宙谜团客观来讲,本来这只是某领域的一家之言——毕竟人类的未解谜团岂止有这三个,但是抽其本质可以将其概括成起源谜团,地球结构谜团,以及宇宙演化谜团。

起源谜团起源谜团可以分成宇宙起源谜团以及人类起源谜团。

①关于宇宙起源,如果翻看现在的科学百科,一起来源于爱因斯坦的相对论横空出世,宇宙学得到了前所未有的进展,标准宇宙的模型被提出,宇宙一切的诞生源于138亿年前的大爆炸。

现在有三个强有力的证据,第1个力证是宇宙微波背景辐射,这是宇宙大爆炸的余温,并且现如今已经被科学家准确探测到,所以是确定性证据,第2个则是氦元素的丰度,这是宇宙大爆炸早期,关于粒子怎么形成的一条论断,现在也被证实,第3个则是宇宙膨胀,这是指天文学家哈勃在观察银河系以及其中行星时,他发现这一切都在远离我们,并且距离越远,远离的速度则越快,证明宇宙正在膨胀。

②人类起源谜团这三个证据证明了宇宙始于大爆炸,而生命起源的证据本来还没有找到。

但目前最能让人接受的理论应该是海底热泉口,这发生在距今大约4亿年之前,海底热泉口的氢离子定向移动来为自身提供能量,根据RNA世界假说理论,早期生命依靠的是RNA当作遗传物质,但是关于生命以及人类是怎么演变至今,科学界主流依旧是达尔文进化论,同时结合现在所有的DNA手段,科学家们进一步还原了物种进化的古代。

至于人类本身的起源,现在绝大部分重要依托化石当作证据,以及分子物种学的加持,人类旨在进行更长远研究,目前已知最准确的理论是人类属于灵长类物种,距今6,700万年前就已出现,同时躲过了第5次生命大灭绝。

宇宙浩瀚谜团宇宙又为什么是如此庞大,根据哈勃所观察到的理论,在短时间内宇宙就膨胀到了自身的1030次方倍,在距今4亿年之前暗能量占据了宇宙的主导,同时由于相反的力,它又使得宇宙开始加速膨胀,那么现在宇宙究竟是多大?根据主流观点来看,宇宙是无限大的,并且它在一直长大,而人类现今可观测到的一部分则是极小的宇宙。

地球结构谜团人类对于太阳的了解,本来远远多于对地球内部的了解,毕竟人类对于太阳的观测有很多种,观测的方式也有很多,比如日冕,光波等等,但是对于地球的内部结构,人们用挖也无法确定。

之前写过一篇文章,美国在上世纪只挖到8000多米就放弃了,苏联则是挖到了13,000米,这个孔在学界叫做克拉超声钻孔,但现在如今最深的钻孔也比克拉钻孔多了几十米而已,可是就算是如此深度,和地球半径进行比较,只有1/500而已。

这距离地心还有6000多公里,所以挖的办法是根本行不通的。

但好在地质学方面科学家们利用地震波,通过它在遇到不同中的物质时的变化来猜测地底结构。

现在高中地理教科书上的地质结构,本来就是来源于科学家们利用地震波监测而进行推导。

总结人类在生活以及探索层面有许多未解谜团,但人类也确实已经知道了许多,倘若能够解开更多的未解谜团,地球人或许会发现对于自然和宇宙了解的更少,因此科学技术的提高刻不容缓。

研究人员发现在过去的470万年里几次海洋底部环流崩溃

水下摄像机拍摄的研究地点海底结核。

Credit: Yao Huiqiang(神秘的地球uux.cn)据美国物理学家组织网(cy Chinese Academy of Sciences):南极底层水(AABW)覆盖了全球海底的三分之二以上,菜叶说说,其形成最近已经减少。

然而,它的长期可变性还没有得到很好的理解。

由中国科学院地质与地球物理研究所邓教授带领的研究人员和他们的合作者重建了约470万年前的AABW历史。

他们发现,AABW已经坍塌了几次,这种坍塌可能导致了水分运输,从而加剧了北半球的冰川作用(NHG)。

这部作品于2月24日在科学进展出版。

这项研究的依据是位于海平面以下5 050米的东太平洋直径36毫米的铁锰结核。

结核由中国地质调查局广州海洋地质调查局采集。

磁扫描是提供精确年代测定结果的一个重要因素。

“这是一个关键,尽管最终的日期是通过整合10Be/9Be,金属Co的通量和天文调谐获得的,”同济大学的Yi Liang博士说,他是该研究的第一作者,也是IGG/CAS的博士后。

“由于AABW是海底区域氧气的主要提供者,我们使用了各种科学方法来确定铁锰结核中的金属积累与海洋氧化还原条件之间的关系,”邓教授说。

"镍、锰和铜的含量用来指示AABW的变化."来自东太平洋的AABW记录和主要的AABW、NADW和NHG事件。

Credit: Deng Chenglong’s group这些结果表明,自约3.4百万年以来,东太平洋海水含氧量呈线性增加。

这一趋势与南极冰盖(AIS)的观测结果一致,表明它们之间存在协变。

将AABW记录与过去100万年的其他地质记录进行比较,研究人员发现海洋底部环流的冰川增强。

这一观察表明,当地球气候寒冷时,例如在过去的冰川时期,大气中的CO2可能已经定期储存在深海中。

这些对比清楚地突出了七个海水含氧量低的区间,表明AABW的影响被降低到了一个更低的水平。

这些时期被称为AABW崩溃,并伴随着北大西洋深水(NADW)的增强以及NHG历史的关键阶段,如NHG变得强化或放大。

研究了铁锰结核及其年龄模型。

Credit: Deng Chenglong’s group虽然我们不知道将会发生什么来应对持续的人工智能融化和AABW减速,但AABW崩溃可能在过去几次将地球拖入更恶劣的冰川气候。

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