书城科普读物探索未知-趣说无机化学
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第22章 锂、铍、硼从何而来

1957年,布尔毕基夫妇、佛乐和霍意耳提出元素在恒星中演化的理论——BFH理论。这种理论认为,绝大部分元素是在恒星演化过程中产生的。十多亿年以前,弥漫在太空的原始星云,依靠万有引力,凝聚成年轻的恒星。恒星内部异常炽热,如同熊熊燃烧的熔炉。中心温度很高,压力极大,常产生核爆炸,这样便使氢和其他轻元素聚合成较重的原子核。核反应的顺序为:氢燃烧、氦燃烧、碳和氧燃烧、铁分解等。就在恒星这些核反应熔炉里制造出各种元素。如果恒星的质量很大,那么它就会发生超新星爆发。如果它的质量较小,就会成为红巨星而死亡。恒星的元素伴随着恒星的死亡,喷射到宇宙空间中去。

这种理论成功地解释了许多元素的起源,但是不能解释锂、铍、硼是怎样生成的。按照这种理论,绝大多数元素是在恒星内部那种高温高压下合成出来的。但是,锂,铍、硼极为脆弱,不能忍受恒星内部那样极端剧烈的条件。事实上,开始存在于新星内核的锂、铍和硼,在恒星收缩时,由于温度升高,它们会被破坏,那么,这三种元素是怎样形成的呢?长期以来,这一直是个令人迷惑的问题。

最近,天体物理学家和核物理学家通力合作,开始攻克这一难题。他们证明,锂、铍和硼可能是在恒星内部之外的某个地方形成的。在银河系空间,充满着巨大低密度气体和尘埃云,它们就是所谓的星际介质。星际介质中含有大量的碳、氮和氧。当宇宙射线穿过星际介质时,那里的高能质子流和α粒子流猛烈地撞击星际介质中较重的元素,使它们分裂,从而产生出锂、铍和硼。由于星际介质那里的温度远远低于恒星内部,所以适于锂、铍和硼的存在。

对此,科学家还提出种种模型进行解释。有一模型认为:锂、铍和硼可能产生于超新星爆发时期。在超新星爆发时,大质量的恒星一方面向内爆聚,形成致密的中子星,另一方面,它向外爆炸,产生气体和尘埃云,它们围绕着中子星。在爆聚时产生的激波,通过恒星外层时,产生出锂、铍和硼。但是,这个模型有个大破绽,那就是激波后面的温度太低,不可能产生出合成锂、铍、硼所需要的高能粒子流。

目前,科学家们倾向于宇宙射线与星际介质相互作用模型。他们通过粒子加速器对这个模型进行模拟,结果表明:在宇宙空间,宇宙射线撞击较重的元素如氮。碳可以产生出锂、铍和硼。

尽管这一模型在解释锂、铍和硼的形成上取得成功,它也有不足之处。即不能解释某些元素的宇宙丰度。因此,这三种元素是怎样诞生的,仍是个谜。