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[交流] 科学家解开"硅酸盐星尘"的谜团

据Spacedaily网站2006年2月22日报道，美国宇航局的科学家近日表示，垂死恒星如何生成高温的硅酸盐星尘的谜团可能已经被解开。戈达德航天飞行中心的研究人员称，由于硅酸盐星尘是组成恒星和行星岩石的重要物质，因此这个研究成果非常重要。

垂死的恒星会把其外层的星气团排放到太空中，当这些星气团膨胀冷却后，其中的一些组成物质就会浓缩成星尘颗粒。科学家对围绕在古老恒星周围的星气团最近四分之一世纪的观测数据显示，星尘是由硅和氧（氧化硅或是无定形硅酸盐颗粒）在1300华氏度下（超过700摄氏度）的温度下浓缩而成的。科学家认为这个温度过高，不会浓缩出硅酸盐颗粒，这些硅和氧应该还残存在星气团中。研究人员表示，尽管从理论上说这是不可能的，但是恒星能够在高温下生成星尘颗粒，这些现象就在我们眼前发生，因此研究人员在戈达德航天飞行中心的实验中，将这些物质在真空条件下汽化，并观测浓缩是如何发生的。

实验结果显示出原有理论的缺陷，就是蒸汽压力在星尘颗粒浓缩现象发生时太高了，这就象雾中的水蒸汽在温度下降或是湿度上升时，会从空气中冷凝成水，氧化硅在一定的温度和压力下也会在星气团中出现浓缩。温暖的空气中含有的水汽比冰冷的空气更多，这也是炎热夏季里100%的湿度让人感到更不舒服。与之相类似，在高温下，环绕恒星的氧化硅气态物质完全变得饱合和冷凝成星尘颗粒之前，需要更多的氧化硅气态物质的流出物。

氧化硅气体物质开始冷凝的压力被称为“饱和蒸气压”，这相当于100%的湿度。戈达德航天中心的实验表明，实际数值1300华氏度的温度比理论上预测的温度要低10万倍，这个低的实际数值意味着氧化硅气体物质在1300华氏度变成星尘颗粒时，星云的压力大约比先前预测的要低10万倍。研究人员表示，如果天气预报员对水蒸汽的压力做出类似的预测，就意味着没有下雨的可能。我们把这个准确的较低的饱合蒸汽压力从实验中应用到理论后，这个修改后的理论可以预测氧化硅气体物质非常接近于冷凝成星尘的颗粒，不过还缺少一些因素。

这些缺少的因素是氧化硅分子的能量辐射到了太空后，分子会以最高的振动能量在不同的层次上产生振动，直到分子完全分裂。如果一个分子没有受到任何刺激，分子会通过自发的方式释放能量，并一直持续下去，直到分子达到基态或最低的振动级别。由于流动的星际气团的压力很低，一个氧化硅分子并不会经常与另一个气体分子发生碰撞。而且，垂死恒星发出的光也不会对其产生刺激，因为星云扩展到黑暗的太空中，它只有部分视野包含恒星。在这样的环境下，许多基态的氧化硅分子以含有最小的振动能量出现。

为了形成一个硅酸盐颗粒，两个氧化硅分子必须浓缩，释放能量。这些能量必须被释放到某处，很可能是更为活跃的振动水平。两个已经处于高能状态的分子更可能会从浓缩反应中获得更多的能量，因些它们会重新分裂。另一方面，两个低能量的氧化硅分子更可能会粘在一起，能量反应会暂时进入高能振动状态，直到更多的分子把能量释放到太空。因此，当星云中有许多氧化硅分子处于低能量振动状态时，它们会在比其蒸汽压力单独指示的情况下以一个较高的温度浓缩，因为这些分子比其周围的气体更冷。研究人员表示，在最新的蒸汽压力并考虑氧化硅分子在扩展气体中的振动水平，硅酸盐星尘就会很容易浓缩。这个结果表明，实验结果、观测结果和理论在研究过程中互相补充可以用来探索宇宙中发生的真实情况。

英文原文链接参见：http://www.spacedaily.com/report ... te_Dust_Mystery.htm

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