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科学家“孵化”星尘颗粒

2023-01-19探索发现网

参考消息网1月19日报道 据美国《大众科学》杂志网站1月13日报道,物理学家发明出在地球上制造钛星尘的方法。

报道说,很久以前——在人类、地球、甚至太阳出现之前——星尘就存在。

后来,太阳系的年轻天体吞噬了很多星尘,这些天体也膨胀成为我们今天所知的太阳、行星和卫星。但一些星尘幸存下来,以最原始的形态锁定在远古陨石一类的地方。

科学家把这称作太阳前星尘,因为它在太阳之前形成。一些星尘颗粒含有微小的碳块,比如钻石或石墨;另一些颗粒含有其他多种元素,比如硅或钛。一种形式的星尘里面有一种特别坚硬的奇怪材料,称为碳化钛,在地球上制造机器就用到这种材料。 国内新闻网

现在,物理学家和工程师认为,他们对这些特定的星尘颗粒如何形成有了一定了解。13日发表在《科学进展》杂志上的一项研究显示,研究人员认为他们可以利用这些知识在地球上做出更好的材料。

这些星尘颗粒极罕见,极微小,常常比人类头发的直径还小。卡内基科学学会天体物理学家延斯·巴罗施说:“它们在太阳系形成时就存在;这个过程之后它们也存在;如今可以在原始的太阳系材料中找到它们”,比如陨石。巴罗施没有参与撰写这项研究。

研究报告的作者们研究了一种独特的星尘颗粒,其核心是碳化钛——也就是碳和钛结合成的像钻石一样坚硬的耐用陶瓷状材料——包裹在石墨外壳中。有时,几十个甚至数百个这种被碳包裹起来的硬核会结成更大的颗粒。 北京资讯网

但是,碳化钛颗粒一开始是如何形成的?到目前为止,科学家还不能肯定。在地球上很难测试,因为要造出这样的颗粒必须得应对重力——这些颗粒自身不需要应付重力。但科学家现在可以去到一个重力不构成阻碍的地方。

2019年6月24日,一枚探空火箭从北极圈以北的寒冷瑞典小镇基律纳发射升空。这枚火箭没有抵达预定轨道。像之前和之后的许多火箭一样,它在天上划出一条弧线,最高达到大约150英里(约合240公里)高空,然后回到地面。

尽管如此,那次短暂的飞行仍然足以让火箭的各个部件充分经受宇航员在轨道上体验到的微重力。其中一个部件是一个奇妙的装置,科学家可以在里面“孵化”星尘颗粒并记录这一过程。

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研究论文作者之一、日本北海道大学物理学家木村勇记(音)说:“微重力实验对于理解星尘的形成至关重要。”

火箭发射后仅仅3个多小时,包括6分半钟的微重力,就在距离发射场约46英里的地方着陆。木村和同事把回收的星尘颗粒送回日本进行分析。通过这次尝试和接下来在地面实验室进行的测试,这个团队拼凑出创造碳化钛星尘颗粒的配方。

配方可能是这样的:首先准备一个碳原子构成的内核,以石墨为形式;其次给碳核撒上钛,直到这两种原子开始结合并生成碳化钛;第三,把许多这样的核熔合起来,包上石墨,直到形成一个比较大的颗粒。

一睹如此古老的东西如何形成,这很有趣,但天文学家不是唯一关心这回事的人。木村和他的同事还认为,了解这个过程可以帮助工程师和设计者做出更好的材料——因为我们已经造出与星尘颗粒有些相似的粒子。 河北汽车网