困擾科學家九十年 彗星頭部發綠光之謎終獲解

常見的彗星為甚麼只有頭部是綠色，而彗尾不會呈現綠色？這個問題困擾了科學家九十多年，最近一份研究終於找到了答案。

太陽系內已經確定的彗星大約有三千七百多顆，不過科學家估計實際數字比這大得多。一般來說，彗星的彗核有10公裏寬，不過外面包裹的氣體層（也叫彗髮，coma）寬度通常是彗核寬度的千倍以上。

彗星通常是從太陽系內的柯伊伯帶（Kuiper belt）或奧爾特雲（Oort Cloud）區域內飛出的冰球，它們是46億年前、太陽系形成初期孕育誕生了各種天體之後剩下的「邊角料」。

很多彗星從地面上肉眼可見，幸運的人們會看見它們劃過夜空。仔細觀測發現，它們的顏色有個類似的變化規律：很多彗星頭部呈現綠色，而且越接近太陽綠色越明顯；可奇怪的是，綠色向尾部逐漸過渡變淡，到了彗尾部份綠色就完全消失了。

上世紀30年代的時候，物理學家格哈德·赫茨伯格（Gerhard Herzberg）提出的理論認為，這是陽光破壞了一種名為雙原子碳（dicarbon）的物質結構導致的。可是由於雙原子碳極不穩定，當時的技術無法驗證這一理論。

現在，澳洲新南威爾士大學（UNSW）引領的一份研究終於解開了這個謎團，既解釋了為甚麼多數彗星頭部呈現綠色，也解釋了為甚麼綠色到了彗尾就消失了。

這份研究通過實驗證實，雙原子碳是呈現綠色的關鍵物質。彗星在接近太陽的過程中，其冰核內的有機物受熱氣化後浮到彗星的表面，也就是彗髮部位。陽光分解這些有機物大分子，產生雙原子碳，所以多數彗星的頭部呈現綠色。

同時這份研究還發現一個名為光解離（photodissociation）的過程：當彗星距離太陽更近的時候，強烈的紫外線開始分解剛產生的雙原子碳，使得綠色物質變少，它們抵達不了彗尾就已經消散了。

研究人員在地面的實驗環境下模擬了彗星內有機物所處的環境，從而證實了這個過程。主要研究者之一新南威爾士大學化學教授蒂莫西·施密特（Timothy Schmidt）說，他們用一道高能紫外線激光照射有機物大分子全氯乙烯（perchloroethylene）。這的確將其分解產生了雙原子碳。

他們把生成的雙原子碳送入一個大約兩米長的真空密閉室，再用兩道紫外線激光照射這些雙原子碳。一道是模擬彗星更接近太陽的時候受到更強的紫外線輻射；另一道通過探測裏面碳原子之間綁定的力度，了解雙原子碳被分解的情況。

合作研究員加斯敏·博爾索夫斯基（Jasmin Borsovszky）說，這個實驗很複雜，他們花了九個月的時間準備，才看到了結果。「三道激光都是不可見光，所以需要很多摸索的過程，真的是這樣。」

施密特說，這是第一次觀測到這個化學反應過程。「上世紀30年代提出的謎團現在終於解開了，這個結果相當令人滿意。」

這份研究10月25日發表於美國國家科學院院刊（PNAS）。◇

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