科学家终于解开了彗星为何发出绿光之谜

一支化学家团队刚刚解开了为什么彗星的头部（而不是彗尾）会发出绿光的谜团，这个问题几十年来一直困扰着研究人员。研究一种在地球上短暂存在的神秘分子是关键。

彗星是太阳系形成时遗留下来的冰块和尘埃，它们会不时地从太阳系寒冷的外层飞过地球。早在 20 世纪 30 年代，格哈德·赫茨伯格就猜测，彗星发出的绿色光芒可能与一种由两个碳原子结合在一起形成的分子有关，这种分子被称为二碳。一项发表在《美国国家科学院院刊》上的新研究对赫茨伯格的理论进行了检验。赫茨伯格后来因对自由基和其他分子的研究而获得了诺贝尔奖。

负责这项研究的澳大利亚悉尼新南威尔士大学化学家蒂姆·施密特 (Tim Schmidt) 表示，二碳反应性极强，以至于研究团队无法从瓶子中获取。在太空中，它存在于恒星、星云和彗星内部。但施密特说，当二碳暴露在地球大气中的氧气中时，它会迅速发生反应并“燃烧”。

施密特表示，这是科学家首次能够精确研究这种分子在强紫外线照射下如何分解。在实验室中，研究小组必须使用真空室和三种不同的紫外线激光器模拟近地空间环境。由于二碳反应速度非常快，他们必须通过用激光削减较大的分子来现场合成它。

施密特说，他们证实彗星发出的绿光来自二碳分子，当二碳分子暴露在太空阳光下时，可以吸收并发射可见光。赫茨伯格说，他对二碳的认识是正确的，尽管对机理的认识并不完全正确——但那是 20 世纪 30 年代，施密特说，所以“他可以得到原谅”。

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在彗星中，当阳光加热冰时，二碳就会形成，其中一些冰可能由乙炔组成，乙炔是氢和碳的混合物，在地球上用作焊接燃料。施密特说，当彗星中更复杂的有机分子分解时，它可能在太空中产生。

科克伦说，氢原子从乙炔分子中脱离出来，没有它们，碳原子之间的键“再次收紧”，形成双碳分子。

当太阳加热彗星体内的分子时，它们会获得能量并发光，但它们在到达彗尾太远之前就会分解成单个碳原子。这解释了为什么绿色光芒只存在于彗星体周围，而不是彗尾。

虽然彗星受到足够的阳光照射而释放出气体，但太阳光线不断产生新的发光二碳。据施密特称，地球与太阳距离处的二碳分子寿命约为两天。

未参与这项研究的德克萨斯大学奥斯汀分校麦克唐纳天文台副主任兼天文学家安妮塔·科克伦 (Anita Cochran) 表示，该团队能够在实验室中了解二碳的分裂方式，并证明科学家们“正确地”认为他们在现实世界的彗星中目睹了二碳的光芒。“他们现在已经严格地确定了这一点，”她说。

科克伦的大部分职业生涯都在观察彗星，她说，彗星可以成为很好的实验室，因为望远镜可以透过彗星巨大的尾巴（通常长达数百万英里）看清楚它们是由什么构成的。

科克伦说，研究小组了解了暴露在阳光下的二碳分子的寿命，并测量了它们键断裂所需的时间。这些事实将有助于模拟彗星的行为。彗星经过在地球上可能看起来是一种罕见的事件，但天文学家现在已经发现了数千颗这样的彗星。在太阳系的更远的地方可能存在着数量惊人的彗星。多亏了这些发出绿光的雪球，科学家们才有机会了解太阳系的古老历史。