死星和生命

1985年,科学家在实验室里发现了一些非常不寻常的分子 —— 60个碳原子熔合在一起形成的一个球形的、类似足球的结构。

图解:键线式中的α与β碳原子

这种分子现在被称为巴基球,完整学名是巴基敏斯特富勒烯。几十年来,这种分子让科学界即欣喜又充满了疑问。但是,发表的一项研究最终解决了一个悬而未决的问题,即巴基球是如何以及为什么会在星际空间被发现的。

#这是2019年疯狂的太空故事中的第九个#

一开始,科学家们认为巴基球只能在实验室中形成。但在2010年,美国国家航空航天局观察到它们在衰亡的恒星附近漂浮

在这项新的研究中,研究人员通过模拟实验揭示了太空中的巴基球很可能来自碳化硅,或者是一颗死亡恒星留下的由碳和硅组成的星尘。

          2010年,哈勃太空望远镜在太空中发现了由60个碳原子组成的,形状类似足球的巴基球。这是首次在星际介质中发现它的带电(电离)版本。

亚利桑那大学研究生雅各布·伯纳尔在接受Inverse采访时表示:“我们之前认为可以摧毁任何复杂分子的过程,实际上创造了它们,巴基球本不应该存在。”

科学家们此前认为,一颗死亡恒星发出的辐射会杀死任何复杂的分子,包括巴基球。

图解:艺术家描述的类太阳恒星的生命周期。从左下角的主序星开始,然后膨胀经过次巨星和巨星的阶段,直到在右上角将外层抛离,形成行星状星云。

亚利桑那大学的副教授Tom Zega告诉天文在线:“大自然做了很多我们不认为是它做的事情。”

通过研究这种奇怪分子的自然元素,科学家们也可以将研究结果应用于现实世界。巴基球非常稳定,能承受高温和压力。它们可以用来制造超硬涂层——这可能对纳米技术的发展起到作用。例如,如果将巴基球合成一个纳米豆荚,那么理论上药物可以更有效地输送到细胞。

富勒烯是碳的同素异形体,其分子由单键和双键连接的碳原子组成,从而形成由五到七个原子组成的熔合环封闭或部分封闭的网状结构。该分子可以是空心球体、椭球体、管状体或许多其他形状和尺寸。石墨烯(石墨的孤立原子层)是由规则六角形环组成的扁平网状物,可以看作是这个家族的一个极端成员。

图解:C60富勒烯的分子结构。图源:thecosmeticchemist

具有闭合网状拓扑结构的富勒烯,通常用经验公式Cn表示,其中n是碳原子的数目。然而,对于某些n值,可能存在不止一个异构体。

这个家族以最著名的成员巴基敏斯特富勒烯(C60)命名,后者又以巴基敏斯特富勒的名字命名。封闭的富勒烯,尤其是C60,也被非正式地称为巴基球,因为它们类似于标准的足球协会足球。嵌套的封闭富勒烯被称为巴基洋葱。圆柱形富勒烯也被称为碳纳米管或巴克管。纯富勒烯或混合富勒烯的块状固体形式称为富勒石。【并没有在其内部进行验证】

图解:碳的同素异形体。图源:scienceabc

富勒烯的预言已经有一段时间了,但直到1985年意外合成之后,才在自然界和外太空中发现。富勒烯的发现大大增加了已知的碳同素异形体的数量,而这些同素异形体以前仅限于石墨、金刚石和煤烟、木炭等非晶态碳。无论是在化学方面,还是在技术应用方面,特别是在材料科学、电子学和纳米技术方面,它们一直是人们深入研究的对象。

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