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C70 富勒烯的太空新源头 

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美太空望遠鏡檢測到宇宙迄今發現的最大分子

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http://big5.ce.cn/gate/big5/intl.ce.cn/qqss/201007/26/t20100726_21653500.shtml (http://big5.ce.cn/gate/big5/intl.ce.cn/qqss/201007/26/t20100726_21653500.shtml)


NASA的斯必澤空間望遠鏡最終發現了太空中的富勒烯，這是一幅藝術想像圖。圖像版權：NASA/JPL-Caltech

　　北京時間7月26日消息，據國外媒體報道，天文學家使用NASA斯必澤空間望遠鏡首次在太空檢測到一類特殊碳分子，即“巴基球”。巴基球是一種呈球狀的分子，最早于25年前在實驗室中首次發現。

　　巴基球還有一個別名叫“富勒烯”，這是因為它的外形結構很像美國建築師巴克明斯特·富勒(Buckminster Fuller)設計的美國萬國博覽館球形圓頂薄殼建築，因此得名“富勒烯”。巴基球或許一直就在太空中飄蕩，只是未能被儀器檢測到，直到最近才被發現。 “這是我們在宇宙中迄今發現的最大分子”，簡·卡米(Jan Cami)說。他是來自加拿大西安大略大學的天文學家，同時也是加州芒特維尤“搜尋地外智慧生命”(SETI)機構的研究人員。“我們真的很興奮，因為這一物質在諸多宇宙中的物理和化學過程中都扮演重要作用。”卡米撰寫了關於這一發現的論文，並將發表在週四出版的《科學》雜誌線上版。

　　巴基球是由60個碳原子組成的球形32面體。它具有精確的五邊形和六邊形鑲嵌結構，每個巴基球擁有12個五邊形和20個六邊形，並且五邊形彼此隔開，只和六邊形相接，看上去很像足球上的黑白格子鑲嵌的情況。除此之外，研究人員還同時在宇宙中發現了巴基球更複雜的近親——碳70(C70)。這種碳分子由70個碳原子組成，外形更像是一個橢圓形的橄欖球。這兩種分子都被稱為巴克明斯特·富勒烯，或者就叫“富勒烯”。

　　卡米的小組是在一個名為Tc1的行星狀星雲中意外檢測到這種“碳球”的。行星狀星雲由恒星晚年拋出的物質組成，其中央部分有一顆緻密、高溫的白矮星，這其實是當初那顆巨大的恒星拋射物質之後留下的殘骸，它的光熱使行星狀星雲發光。

　　也許富勒烯在這樣的區域被發現並非偶然，它代表了恒星生命史中一個短暫的時期，即大量富碳物質的拋射。天文學家使用斯必澤空間望遠鏡搭載的光譜儀對這一行星狀星雲進行觀測，並在其中發現了富勒烯的光譜線。這些碳分子的溫度接近室溫——這是對斯必澤望遠鏡最敏銳的溫度。用卡米的話來說，斯必澤望遠鏡是在適當的時間觀測了適當的區域。要是再過100年，這些富勒烯就會變得溫度太低而難以被斯必澤望遠鏡檢測到。

　　斯必澤望遠鏡獲取的數據被科研人員用來和實驗室數據進行對比，結果顯示了完美的對應。 “我們沒有預料到會有這次發現，”卡米說“但是當我們看到光譜線上的那特別的譜線時，我們立刻意識到我們正注視著的正是一種人們苦苦尋找多年的分子。”

　　1970年，日本科學家大澤映二首先預言巴基球的存在，但由於語言問題，他用日語發表的論文沒有引起重視。直到15年後的1985年美英科學家才在實驗室中觀察到這種物質的存在。研究人員模擬老年恒星富碳的大氣狀況，令人驚異的是，科學家們最終發現產生了大量的富勒烯。之後人們在地球上也發現了富勒烯的存在——在蠟燭煙灰裏、在岩層中，或是隕石裏。

　　現在，對於富勒烯家族的研究已經成了人們的領域，因為這種分子的強度驚人，而且化學和物理性質非常奇特。未來富勒烯可以應用的領域包括裝甲設備、制藥，以及超導技術。

　　曾在1996年與鮑勃·科爾(Bob Curl)和瑞克·斯莫利(Rick Smalley)一起因為富勒烯的發現而分享諾貝爾化學獎的英國科學家哈裏·克羅托爵士(Sir Harry Kroto)說：“這一令人興奮的發現證實了我長久以來的猜測，富勒烯一直以來就存在於我們星系幽暗的角落裏。”

　　之前對宇宙中富勒烯的搜尋，尤其是在富碳恒星附近空間進行的搜尋都以失敗告終。其中有過一次看似成功的案例，發生在15年前，當時似乎觀測到恒星之間稀薄的星際塵埃雲中存在富勒烯的跡象，觀測採用的是可見光波段。那一次的發現至今仍在等待實驗室檢測確認。最近，另一個斯必澤研究小組報告也他們在另一種不同類型的天體附近檢測到富勒烯，但可惜的是他們的光譜信號被其他化學物質污染了，沒法進行確認。(新浪科技 晨風)

https://www.cnbeta.com.tw/articles/science/1429259.htm

它们的原子排列成三维球形结构，具有六边形和五边形交替排列的特点。就 C60 富勒烯而言，这种排列类似于足球，而就 C70 富勒烯而言，则类似于橄榄球。

富勒烯于 1985 年被发现并获得诺贝尔奖，它是一种稳定的碳分子，由于其在太空中的存在和运输复杂分子的潜力，可能有助于了解宇宙的有机物质组织。上图描述了行星状星云 M57 的中心，由天文摄影师罗伯特-根德勒博士和约翰-波兹曼拍摄。图片来源：NASA/ESA

这些分子是 1985 年在实验室中发现的，11 年后，他们的三位发现者获得了诺贝尔化学奖。从那时起，许多观测证据都证明了它们在太空中的存在，特别是在像太阳一样大小的老恒星周围的气体云中，这些气体云被称为行星状星云，是恒星生命末期从外层排出的。

由于这些分子高度稳定且难以破坏，人们认为富勒烯可以充当其他分子和原子的笼子，因此它们可能将复杂的分子带到地球，为生命的诞生提供了动力。因此，对它们的研究对于了解宇宙中有机物质组织的基本物理过程非常重要。

光谱学对于搜索和识别太空中的富勒烯至关重要。通过分析原子和分子在光线中留下的化学足迹，光谱学使我们能够研究构成宇宙的物质。

这些光谱显示了表明富勒烯存在的光谱线，但同时也显示了更宽的红外波段（UIR，英文缩写），这些波段在宇宙中被广泛探测到，从太阳系中的小天体到遥远的星系。

领导这项研究的 IAC 研究员马尔科-戈麦斯-穆尼奥斯（Marco A. Gómez Muñoz）解释说："导致这种广泛存在于宇宙中的红外辐射的化学物质的鉴定是一个天体化学之谜，尽管人们一直认为它很可能富含生命的基本元素之一--碳。"