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彗星上的氙氣同位素氣體


惰性氣體在對(duì)早期太陽(yáng)系形成的研究中起到示蹤劑的關(guān)鍵作用。法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)在6月9日宣布成果：任務(wù)末期，羅塞塔在67P/丘留莫夫-格拉西緬科彗星上，探測(cè)到了包裹在纖薄氣體層中的氣體氙。

氙是惰性氣體，在元素周期表中排第54號(hào)。氙不與其他化學(xué)元素反應(yīng)，是追蹤地球和其他行星所含原始太陽(yáng)系物質(zhì)的重要元素。氙有十種同位素，最輕的同位素誕生于超新星爆炸中；中等質(zhì)量的同位素誕生于小質(zhì)量或中等質(zhì)量的恒星進(jìn)入到漸進(jìn)巨星分支的時(shí)期；最重的同位素則誕生于中子星合并事件。

氙氣是穩(wěn)定的惰性氣體中最重的，或許也是最重要的。不同的天體活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生不同的同位素，為揭示宇宙的起源提供了更多信息。 太陽(yáng)系的原恒星氣體云包含著更早期恒星的物質(zhì)�，F(xiàn)在我們地球的大氣層中的氙氣更多的是重同位素，因?yàn)殡S著時(shí)間流逝，輕同位素已慢慢地逸散到太空中。
將這個(gè)逸散考慮進(jìn)去，科學(xué)家很快意識(shí)到，在原始時(shí)期地球大氣中氙氣重同位素的比例要遠(yuǎn)低于太陽(yáng)系中其他地方，如太陽(yáng)風(fēng)或小行星。這被稱(chēng)為“氙氣悖論”。

彗星有著非常獨(dú)特的化學(xué)組成，因?yàn)樗鼈冃纬傻牡攸c(diǎn)距離太陽(yáng)非常遙遠(yuǎn)。例如，它們的氘和氫的比例要比太陽(yáng)系中其他任意地方都高。那氙氣該有相似的差異嗎？

為了得到67P上的重要樣本，羅塞塔號(hào)必須到達(dá)距離彗核只有5到8千米的地方。如此精確的控制對(duì)團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)，因?yàn)閺腻缧潜砻嫔A出的塵�？赡軘_亂探測(cè)器的追蹤系統(tǒng)。歐空局最終決定在2016年6月下旬實(shí)施操控。

在三周時(shí)間里，羅塞塔號(hào)使用它ROSINA設(shè)備套裝中的質(zhì)譜儀對(duì)彗星的氙氣同位素進(jìn)行了測(cè)量。這次勘測(cè)中檢測(cè)出了7中不同的氙的同位素，在這些同位素中輕同位素的比例相對(duì)大于重同位素。這個(gè)比例與現(xiàn)在太陽(yáng)風(fēng)和小行星中的比例有很大不同，但是卻與預(yù)計(jì)的原始地球大氣中的比例很接近。目前認(rèn)為彗星是地球上22%的氙氣的來(lái)源。
在2004年發(fā)射，歷經(jīng)十二載，羅塞塔號(hào)探測(cè)器最終在2016年9月30日在67P彗星表面結(jié)束工作。
這也是第一次科學(xué)家能夠在彗星和地球大氣組成之間建立一條確定的聯(lián)系。彗星除了將氙氣帶到了早期地球，它們也很有可能將生命物質(zhì)——氨基，甘氨酸，磷等——帶到地球，而這些物質(zhì)也在67P彗星上被探測(cè)到。

地球在太陽(yáng)系中是獨(dú)一無(wú)二的，因?yàn)樗俏ㄒ灰粋�(gè)表面被大片液態(tài)水海洋覆蓋的世界——其他所有雪水線內(nèi)的行星都干燥無(wú)比。太陽(yáng)系形成的標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)了外太陽(yáng)系氣體行星的早期形成，與這些外圍的氣體巨行星的引力作用導(dǎo)致無(wú)數(shù)彗星飛往柯伊柏帶，還有無(wú)數(shù)彗星飛往更遙遠(yuǎn)的奧爾特云。而現(xiàn)在，我們認(rèn)識(shí)到了彗星是如何也為內(nèi)太陽(yáng)系的巖態(tài)行星的組成做出貢獻(xiàn)的。


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