利用广岛核爆炸的产物研究太阳系的形成

一些法国的科学家，他们研究了 1945 年美国在日本广岛投下的原子弹爆炸后产生的一种特殊的玻璃 —— 广岛玻璃。他们发现，这种玻璃的形成过程和太阳系中最早的固体，也就是陨石中的钙铝富集包裹体（CAIs），有很多相似之处。他们还发现，这种玻璃的氧同位素组成有一种奇怪的现象，叫做质量无关的分馏，这意味着氧同位素的比例不仅取决于它们的质量，还取决于一些其他的因素。这种现象在太阳系中也很常见，但是在地球上很少见，它可以帮助我们理解太阳系的形成和演化。

那么，广岛玻璃是怎么形成的呢？我们先来回顾一下原子弹爆炸的过程。当原子弹爆炸时，它会产生一个巨大的火球，温度非常高，压力非常大，里面的物质会被汽化，包括原子弹本身，还有周围的空气、水、土壤、建筑物等等。这些物质会形成一个混合的气体，然后随着火球的膨胀和冷却，这些气体会逐渐凝结成固体颗粒，就像水蒸气凝结成雨滴一样。

这些固体颗粒就是广岛玻璃，它们有不同的形状、颜色、大小、成分，取决于它们凝结的时间、位置、温度、压力，以及原始物质的种类。这些玻璃会随着火球的扩散落到地面，形成一层沉降物，就像核灰一样。这些沉降物可以在广岛附近的海滩上找到，科学家们就是从那里收集了 94 个样本，进行了分析。

科学家们发现，广岛玻璃有四种类型：分别是低硅、高钙氧化物和富含镁氧化物的梅利莱特玻璃；高铝氧化物含量和含铁的钙长石玻璃；富含硅和钠氧化物的碱性玻璃；几乎纯硅的硅玻璃。其中，硅玻璃的来源可能是海滩上的沙粒，碱性玻璃的来源可能是工业制品，比如玻璃窗，瓶子等。梅利莱特玻璃和钙长石玻璃的来源可能是土壤、水、空气以及混合在一起的其他物质。

科学家们还发现，这些玻璃的氧同位素组成有一些特殊的特征，它们的 17O / 16O 比例和 18O / 16O 比例之间的关系不是线性的，而是有一些偏离，这就是质量无关的分馏。这种分馏的程度不同，有的玻璃没有，有的玻璃很明显，有的玻璃介于两者之间。科学家们认为，这种分馏是在玻璃凝结的过程中发生的，可能是由于一些化学反应，或者一些动力学效应，或者两者都有。

那么，这些玻璃和太阳系中的 CAIs 有什么关系呢？CAIs 是一种很特殊的固体颗粒，它们是太阳系中最早形成的物质，它们的年龄大约是 46 亿年，比地球还要老。它们主要由钙和铝组成，还有一些其他的元素，它们的形状、颜色、大小、成分也各不相同。它们是怎么形成的呢？科学家们认为，它们是由太阳系的原始星云中的尘埃和气体汽化，然后凝结而成的。这个过程和广岛玻璃的形成过程很像，只是时间、空间、温度、压力、物质的种类都不一样。

CAIs 的形成环境是一个巨大的气团，温度高达几千度，压力很低，物质主要是氢，氦，碳，氮，氧，硅，铁等元素。CAIs 的形成时间是几百万年，而广岛玻璃的形成时间是几秒钟。但是，这两种物质的形成机制都是由气体到固体的转变，都涉及到物质的汽化，混合，凝结，分馏等过程。所以，科学家们认为，广岛玻璃可以作为一个类比，来帮助我们理解 CAIs 的形成，进而理解太阳系的形成。

当然，这只是一个初步的研究，还有很多问题没有解决，比如，为什么广岛玻璃的氧同位素分馏的程度不同，为什么广岛玻璃的硅同位素组成和 CAIs 的不一样，为什么广岛玻璃的形状和 CAIs 的不一样，等等。这些问题需要更多的实验，更多的数据，更多的模拟，更多的理论，来进行探索和解释。

但是，我觉得，这项研究已经给我们提供了一个很好的启示，那就是有时候，我们可以从地球上的一些极端的事件中，找到一些线索，来揭示太阳系的秘密。广岛玻璃就是一个例子，它是由人类制造的最强大的武器引发的，但是它却可以让我们回到太阳系的起源，看到一些最古老的物质。

本文来自微信公众号：万象经验 （ID：UR4351），作者：Eugene Wang

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