宇宙化學

　　研究宇宙物質的化學組成及其演化規律的學科，是天文學的一個分支，也是天文學與化學之間的邊緣學科。宇宙化學研究的物件包括隕石、月球、行星系天體、行星際物質、太陽、恒星、星際物質、宇宙線、星系和星系際物質等。

　　宇宙物質的化學組成和測定方法　宇宙物質的化學組成是指構成宇宙物質的元素、同位素、分子和礦物。宇宙化學的研究任務之一就是確定這些組成，並測定它們的相對含量和和絕對含量。測定方法有兩種：一種是直接取樣，如測定隕石、月球巖石樣品、宇宙塵、宇宙射線核成分等；另一種是測定來自天體的電磁輻射中的特征譜線。例如對恒星作光譜分析，對星際物質進行射電、紅外、可見光波段的頻譜分析。研究表明，宇宙物質是由《化學元素周期表》中近百種化學元素和280多種同位素組成的。在宇宙物質中發現瞭地球上尚未發現的若幹種礦物和分子。

　　宇宙物質的化學演化　宇宙化學另一個任務是研究宇宙物質的化學演化。大致有幾個過程：首先由某種過程（例如“宇宙大爆炸”）生成元素氫，再通過核合成過程（如恒星內部核合成、超新星爆發核合成等）生成其他元素。元素的原子在恒星表面或星際空間結合形成分子。這些分子在行星系中將循兩條路線繼續演化：分子凝聚為塵埃，塵埃聚集而成星子，進而形成行星等天體；一些含碳、氮、氧、氫等元素的分子在星際雲中生成後，通過生命前的化學演化生成復雜分子，在地球上（還可能在其他行星系的行星上）生成氨基酸、蛋白質，最後導致生命的出現。恒星的一生不斷地向星際空間拋射物質，最後瓦解為星際雲；反過來，星際雲又通過漫長過程凝聚而形成各種恒星。

　　宇宙物質化學的認識史　人類對宇宙物質化學的認識，經歷瞭幾個階段。

　　古代　早期，人們是憑直覺猜測宇宙萬物的基本組成的。中國西周晚期(公元前七世紀)，用五行（金、木、水、火、土）來說明萬物的組成，用“陽氣”和“陰氣”解釋自然界的各種變化。古希臘人在公元前四世紀認為水、空氣、火和土是構成萬物的四種基本元素。

　　科學宇宙化學的誕生　十九世紀初，人們對地球上的礦物和巖石等物質進行大量的化學分析。1833年，瑞典化學傢柏濟利烏斯對隕石進行化學分析，第一次測定瞭地球外宇宙物質的化學組成。1858年，化學傢本生和物理學傢基爾霍夫一起研究太陽光譜；1859年，基爾霍夫成功地解釋瞭太陽光譜中夫瑯和費線（即吸收線）產生的原因，第一次證認瞭太陽（恒星）的化學組成。宇宙化學的一種重要觀測方法──光譜分析從此誕生。

　　現代宇宙化學　二十世紀五十年代以來，隨著大氣外觀測的發展，頻譜分析波段由可見光擴展到射電波、紅外線、紫外線、X射線、γ射線。六十年代，人們在星際空間發現星際分子，直接登月采集巖石標本。七十年代，又把分析儀器送上火星。宇宙化學的研究手段日益增多，研究內容不斷豐富。

　　宇宙化學的分支　宇宙化學根據天體層次和研究方法分為幾個方面：①隕石化學：研究各種隕石的化學組成。研究表明，碳質球粒隕石在太陽系漫長的演化過程中，發生的物理、化學變化最小，可視為原始太陽系物質的“化石”。②行星系化學：研究行星（包括地球）、衛星、小行星、流星體、彗星以及行星際物質的化學組成和化學演化。③恒星化學：研究恒星的化學組成及其化學演化。太陽是離我們最近的一顆恒星，又占太陽系總質量的99.86％，所以太陽化學對於研究恒星和太陽系具有重要意義。④星際化學：主要觀測和證認星際分子，研究它們的形成和瓦解。⑤同位素宇宙化學：測定不同宇宙物質的同位素組成，研究化學元素的起源和演化，認識天體物質的來源和形成環境，探討各種高能、低能過程。測定放射性同位素組成以確定天體（或宇宙物質）的年齡，是同位素年代學的任務。⑥宇宙線核化學：測定宇宙線中化學元素核組成，推測宇宙線傳播過程中的介質和宇宙線源的化學組成。

　　宇宙化學的意義　研究化學元素的起源既同恒星的形成和演化密切相關，也同大爆炸宇宙學有關。觀測銀河系中不同物質（如氫原子、一氧化碳等）的分佈，可以揭示銀河系的結構和演化。太陽系起源和演化的學說必須考慮太陽系化學研究的結果，這就是一方面要利用已獲得的有關太陽系化學組成的知識，另一方面又必須能解釋太陽系的化學組成。宇宙化學的研究對化學的發展也有重要意義，如氦元素就是首先從太陽上發現，後來才在地球上找到的。宇宙物質處於地球上難以模擬的狀態，這就為化學研究提供瞭特殊的“實驗室”。對星際物質和彗星中有機分子的觀測，以及對隕石中有機分子的研究，既推動瞭生命起源的探索，也推動瞭宇宙化學的發展。

　　

參考書目

　A.G.W.Cameron，Cosmochemistry，D.Reidel Publ.Co.，Boston，1973.

　小沼直樹：《宇宙化學》，講談社，東京，1972。