巨石來自外星球？是你來自外太空！

作者：紀(jì)揚(yáng)

文章來源于科學(xué)大院公眾號(hào)（ID：kexuedayuan）

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一塊石頭，居然能引發(fā)全球瘋狂。

先是美國、英國、羅馬尼亞，之后是俄羅斯、西班牙、澳大利亞......幾塊來歷不明、時(shí)隱時(shí)現(xiàn)的它“星”之石，依次造訪了多個(gè)國家。一時(shí)間，不少人猜測這是外星人的杰作。

神秘的金屬巨石（圖片來源：CATERS NEWS）

這些神出鬼沒的石頭究竟是不是來自于外星我們還無法斷定，不過事實(shí)很可能是：巨石不一定來自外星人，而人一定來自外星球。怎么聽著更不靠譜？那我們姑且把外星人放在一邊，來說一說石頭。

石頭的歷史可謂源遠(yuǎn)流長。別的不說，小小一塊石頭，就能和四大名著都沾上邊：《紅樓夢》又名《石頭記》；《西游記》里的孫猴子是從石頭縫里蹦出來的；《水滸傳》里的洪太尉將“伏魔之殿”的石碑放倒，使108位“魔君”橫空出世；《三國演義》中孫堅(jiān)撿到的傳國玉璽當(dāng)然也是塊石頭。

更不要說女媧用五色石補(bǔ)天、記載奇石的《山海經(jīng)》，還有埃及的金字塔、英國的巨石陣、復(fù)活節(jié)島的石像等......

英國巨石陣（圖片來源：veer）

不過今天，大院er要和大家聊的不是石頭的歷史故事，而是構(gòu)成石頭的化合物。

石頭，一般由碳酸鈣（CaCO?）和二氧化硅（SiO?）組成，囊括了四種元素：鈣、碳、氧、硅。關(guān)于上述石頭來自外星球的科學(xué)論證，就要從大自然的“魔法師”——元素說起。

元素：幻化萬千的魔法師

元素是什么？

原子（atom）是化學(xué)反應(yīng)中不能再分的最小微粒。而原子構(gòu)成物質(zhì)的最小單位，稱為元素（Chemical element）。元素是具有相同核電荷數(shù)（質(zhì)子數(shù)）的一類原子的總稱。

元素周期表 （圖片來源：中國化學(xué)會(huì)）

元素是構(gòu)成世間萬物的基石。據(jù)2018年公布的元素周期表，目前總共有118種元素，天然元素94種（原子序數(shù)最大的天然元素是钚），這118種元素就是幻化出大千世界的“魔法師”。由于單個(gè)元素都很活潑，它們喜歡電光火石地“暗送秋波”，以產(chǎn)生新的化合物，因此元素有著千變?nèi)f化的排列組合。也正是如此，才構(gòu)成了你看到、聽到、想到的一切——包括你自己。

有了元素，才有了你、你的狗子以及狗子的飯碗。你和你的狗子都是碳基生物，鈣組成了你們的牙齒和骨骼，你們呼吸著同樣的氧，此外身上還有一模一樣的氫、 氮 、磷 、硫、 鉀 ......而且狗子和你一樣，也需要經(jīng)常補(bǔ)充微量元素來增強(qiáng)營養(yǎng)。

元素是這個(gè)世界真正的主宰，它們像魔法師一樣決定著我們的過去、現(xiàn)在和未來。雖說人類起源于陸地還是大海尚存爭議，但起碼我們可以肯定：我們是從元素那“來”的——問題是：地上的元素又是從哪來的呢？

地上有的，天上都有

地球上的各種化學(xué)元素，在宇宙中都找得到。

去年12月，嫦娥五號(hào)從月球上采集回2公斤的土壤樣本，望眼欲穿的人們迫不及待地把這份“快遞”拆開。而至于“快遞”中包裹的是啥，其實(shí)不用問也知道：月球含有豐富的氦元素（He），其中月球表面風(fēng)化層的3He儲(chǔ)存量大約是250萬噸。而在地球上，3He被認(rèn)為是地幔中的原始物質(zhì)，且在地幔中的3He總量在0.1到100萬噸之間，其豐度和月球完全沒得比。

火星表面（圖片來源：veer）

火星表面呈猩紅色，這是因?yàn)榛鹦呛写罅康蔫F元素，它們同氧結(jié)合，讓火星看上去就長滿“鐵銹”似的。

金星的大氣層中充滿硫元素，俄羅斯科學(xué)家一度認(rèn)為或有生物能在“硫酸海洋”中生存，但美國科學(xué)家對此嗤之以鼻：就憑464度的高溫，你在開什么玩笑？

人類的飛船還曾去到過太陽系的邊緣，發(fā)現(xiàn)海王星上存在大量有機(jī)分子，例如甲烷。這進(jìn)一步激發(fā)了人類的好奇心：太陽系之外又如何呢？

太陽系（圖片來源：veer）

想要探索其它恒星的化學(xué)成分似乎是個(gè)不可能的任務(wù)，原因很簡單：太遠(yuǎn)了！即使是“天涯若比鄰”的比鄰星，也比海王星遠(yuǎn)1萬倍，而離我們最近的仙女座星系，又比比鄰星遠(yuǎn)250萬光年。

盡管遠(yuǎn)方的恒星遙不可及，但它們卻無時(shí)無刻不向我們透露著自己的化學(xué)成分，線索就是它們發(fā)出的光。這些光線穿越茫茫宇宙來到地球，而隱藏在光線中的信息成為了人類認(rèn)識(shí)這些星球的關(guān)鍵。

每種化學(xué)元素，都有獨(dú)一無二的焰色，這就是元素的“焰色反應(yīng)”：這仰賴于元素的一種特殊屬性，當(dāng)它們?nèi)紵龝r(shí)，會(huì)發(fā)出不同的光芒——鋰是紅色、銅是綠色、鉀是紫色（鉀的焰色反應(yīng)需透過鈷藍(lán)玻璃，以濾掉鈉的黃光，因此鉀的焰色看起來是黃色而非紫色）......正是元素的這種特性，才讓我們得以一窺恒星的構(gòu)成。

彩虹（圖片來源：veer）

彩虹是太陽投射在天空的光譜，仔細(xì)觀察太陽光譜，你會(huì)發(fā)現(xiàn)有許多錯(cuò)落的黑線，這些黑線叫做吸收譜線。通過吸收譜線，我們能得到一份化學(xué)元素的清單，就像讀條形碼一樣可以讀出太陽精確的元素構(gòu)成：它包含74.9%的氫、23.8%的氦和1.3%的其它元素。

太陽光譜（圖片來源：Extreme Tech）

這種光譜分析法不僅能用來分析太陽，它對宇宙中任何一顆恒星都適用。通過這種方法，科學(xué)家就能夠精確地測算出恒星的組成元素。

通過觀察北極星的光線，我們得知它的重元素和太陽一樣豐富，但碳元素比太陽少得多；織女星的金屬含量只有太陽的三分之一，但天狼星卻富含金屬——它的鐵含量是太陽的三倍多。

盡管每顆恒星的元素含量不同，但無論我們觀察哪片星空，都只能找到與地球相同的元素。看來，我們的元素周期表同樣適合宇宙星辰，地上有的，天上都有。但新的問題出現(xiàn)了：天上的元素，又是從何而來的呢？

回到137億年前：宇宙的起點(diǎn)

為了了解生命的歷史，我們必須回到宇宙誕生的那一刻：宇宙的起點(diǎn)（奇點(diǎn)：singularity of the universe）沒有時(shí)間也沒有空間，什么物質(zhì)都不存在，但有我們無法想象的高溫和密度，這是一種什么樣的狀態(tài)？

《莊子·天地》篇中有言：“泰初有無，無有無名。一之所起，有一而未形。物得以生，謂之德”。意思是說宇宙的最初只有“無”，沒有任何存在，也沒有任何名稱?！盎煦缫惑w”產(chǎn)生了卻沒有形體。萬物因此而生，這就叫“自得”。

（19世紀(jì)初天城文《梨俱吠陀》手抄本）

古印度詩集《梨俱吠陀》中有段話跟《莊子》的說法類似，但聽起來更令人費(fèi)解：“無既非有，有亦非有；無空氣界，無遠(yuǎn)天界......由空變有，有復(fù)隱藏；熱之威力，乃產(chǎn)披一”。意思是說（宇宙）一開始既沒有所謂的“不存在”，也沒有“存在”，既沒有“空間”，也沒有空間以外的“天空”。“空”產(chǎn)生了“有”，它是黑暗的，放出大量的熱，形成了今天的宇宙。

不論莊子還是古印度的先哲，他們古樸的語言與20世紀(jì)30年代的宇宙大爆炸理論（The Big Bang Theory）頗有異曲同工之妙。如果勒梅特讀到剛才那兩段話，恐怕要產(chǎn)生出一種高山流水覓知音的惺惺相惜之情。

大爆炸理論指出：在大爆炸之后的1秒內(nèi)，宇宙從不可思議的100萬萬億°C（這是神馬概念？）下降到100億°C，經(jīng)過漫長的38萬年后，又下降到2700°C。這是宇宙從暴脹（Inflation theory）到“冷靜”下來的第一階段。這個(gè)階段比較乏味，引力率先被分離出來，其它三種力：電磁力、強(qiáng)力、弱力及組成物質(zhì)的基本粒子：夸克、質(zhì)子、中子、電子、光子......也紛紛現(xiàn)身。

38萬年之后，宇宙的溫度繼續(xù)下降，這讓帶正電的質(zhì)子俘獲了帶負(fù)電的電子的芳心，于是最早的原子便形成了：主要是氫原子和氦原子，那個(gè)時(shí)候的宇宙還沒有星體。

（大爆炸后的宇宙，圖片來源見水?。?/p>

隨后引力開始發(fā)威，它將大量放蕩不羈愛自由的氫原子和氦原子拉攏到一起，數(shù)以億計(jì)的星云便出現(xiàn)了，在重力的作用下它們一邊坍縮一邊升溫，最終導(dǎo)致聚合的氫原子爆炸（參考?xì)鋸棻ㄔ恚?，釋放的能量沖破引力的阻攔形成了最早一批恒星。這時(shí)距離大爆炸已過去了兩億年。

恒星的出現(xiàn)絕對是大事件，因?yàn)樗墚a(chǎn)生新的物質(zhì)并使生命成為可能。恒星的誕生、演化直至最終又坍縮回一個(gè)黑洞，都跟引力脫不了干系，恒星的一生真可謂“成也引力、敗也引力”。但在這向死而生的壯烈旅途中，各式各樣的新元素卻占盡了天時(shí)地利的大便宜，例如：組成生命的最基本元素碳、骨骼里的鈣和血液里的鐵都拜恒星的坍縮所賜。一系列的坍縮產(chǎn)生一系列的新元素：從鋰到鐵，如法炮制。

那鐵之后呢？在元素周期表中排名26位的鐵元素有26個(gè)質(zhì)子，而產(chǎn)生含有更多質(zhì)子的元素需要更高的溫度，這就不是普通恒星能搞定的了。它必須自爆為一顆“超新星”，釋放出與太陽一生釋放的能量總和相媲美的能量，才能創(chuàng)造出更重的元素。鈷到鈾（含92個(gè)質(zhì)子）都是這么來的。

所以，構(gòu)成我們世界的化學(xué)元素是伴著恒星死亡的劇痛形成的，它們來自已死的恒星并被散布到宇宙空間。沒有恒星的坍縮和超新星的爆發(fā)，就沒有新元素的誕生；沒有元素以各種復(fù)雜的方式形成化合物，行星就不會(huì)形成，你我就不會(huì)存在。

一切聽上去是那么的不可思議，就像一則難以置信的創(chuàng)世神話：構(gòu)成我們身體的每一種元素都來自地球之外的茫茫太空。從這個(gè)角度上講：每個(gè)人都是從恒星中誕生的，“來自星星的你”并不是什么異想天開，而是事實(shí)。

參考資料：

[1] https://www.chemsoc.org.cn/library/a2611.html

[2]https://www.lpi.usra.edu/meetings/lpsc2007/pdf/2175.pdf

[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Helium-3#Terrestrial_abundance

[4]https://iopscience.iop.org/article/10.1086/375492