宇宙为什么缺氧气

我们每时每刻都离不开氧气，但是研究发现，宇宙中氧气分子十分稀少，这一现象的形成原因一直困惑着科学家，*新研究给这一现象提供了答案。

1998年，美国NASA曾经专门发射一个卫星去寻找太空中是否存在大量氧分子，但是并没有成功，科学家甚至怀疑是仪器存在问题。*新的实验解释了这种生命必需的气体在宇宙中为什么稀少的原因，是因为氧原子与宇宙尘埃的结合力很强，让氧原子形成氧分子非常困难。这一发现可帮助科学家深入理解恒星和行星形成的化学条件。

氧原子是宇宙中含量仅次于氢和氦排第三位元素，1970年代，天文学家预测氧分子应该也是宇宙中仅次于氢和一氧化碳（氦气不是？）排第三位的气体分子，但研究证据表明这显然是错误的。天文学探测证明存在氧气分子的地方只有两个，猎户座星云和蛇夫座星云。

（蛇夫座是赤道带星座之一，从地球看位于武仙座以南，天蝎座和人马座以北，银河的西侧。蛇夫座是星座中惟一一个与另一星座-巨蛇座交接在一起的，同时，蛇夫座也是惟一一个兼跨天球赤道，银道和黄道的星座。）

但是即使这两个区域，氧气分子也比预测的数量要稀少的多。例如在猎户座氧分子只有氢分子的百万分之一。这与地球表面上的情形几乎相反。

为解释宇宙中氧分子稀少的原因，天文学家*近提出假说，认为氧原子和广泛分布在宇宙云中的宇宙尘埃的结合力比较大，锡拉丘兹大学的实验天体物理学家Jiao He认为，人们都知道氧原子与其他颗粒的结合力对解释宇宙现象非常重要，但是过去并没有准确测量这个数据。

他和同时对这个数据进行了测量，他们将冰和硅酸盐两种固体加热，观察氧原子逃离的难度。*近研究发现氧原子与其他分子结合能测量值是几十年前测量值的2倍，*近将结果发表在Astrophysical Journal上。氧原子在水中的结合能是1.4电子伏特，在硅酸盐中的是1.6电子伏特，这种数据说明，氧原子和宇宙尘埃的结合力不足以被宇宙云环境加热分离。猎户座存在少量氧分子是因为存在一个高能量尘埃冲击波将氧原子与其他粒子分离，地球大气中的氧气是因为树木等植物通过光合作用。

哈佛-史密松天体物理中心天体物理学家Gary Melnick*近曾经提出这一假设，他认为这一研究结果十分重要，能解释许多现象。

氧原子从宇宙尘埃中分离后可以结合成氧分子。当氧分子被吸附到宇宙尘埃后，氢原子可结合氧形成水冰。水成为小行星、彗星和行星的组成成分，成为生命进化的基础。

加州喷气推进实验室天文学家Paul Goldsmith花费超过1/4世纪寻找宇宙氧分子，终于在2010年赫歇尔空间天文台在猎户座探测成功。他说自己花费这么多年在太空艰苦地探寻氧气，但*终这些研究数据和赫歇尔空间天文台的数据解释了原因。

http://iopscience.iop.org/0004-637X/801/2/120

The Astrophysical JournalVolume 801 Number 2

Jiao He et al. 2015 ApJ801 120 doi:10.1088/0004-637X/801/2/120

A NEW DETERMINATION OF THE BINDING ENERGY OF ATOMIC OXYGEN ON DUST GRAIN SURFACES: EXPERIMENTAL RESULTS AND SIMULATIONS

看看4年前的新闻

一支国际科学家团队近日在宇宙深空中首次发现氧分子，为多年来科学家针对太空内氧分子的搜寻研究带来了曙光，也让人们对发现外星人的可能充满了猜想。

科学家利用欧洲宇航局的赫歇尔空间天文台检测到的氧分子存在于猎户座星云的一个孕育恒星形成的区域，大约距离地球1500光年。该天文台运用其大型望远镜以及红外探测设备在宇宙中寻找氧分子的存在，它在宇宙中的存在被认为*其平常，但到目前为止却很难找到。

科学研究表明，单个的氧原子在宇宙中普遍存在，特别是它们常常围绕在大质量恒星周围。氧分子是两个氧原子构成，在地球大气中，其比例高达21%。此前科学家却没有在深空中检测到氧分子存在。

美国航空航天局喷气推进实验室的“赫歇尔”项目科学家保罗-戈德史密斯（Paul Goldsmith）在一份声明中称，在18世纪70年代，人们发现了氧气。但是科学家却花费了长达230年的时间才*终在深空中发现了氧分子的存在。保罗-戈德史密斯在《天体物理杂志》中介绍了此次深空中发现氧分子，他是这篇学术文章的主要作者。

此前，天文学家花了数十年的时间运用地面太空望远镜在太空中搜寻难以捉摸的氧分子。在2007年，瑞典“奥丁”射电天文望远镜据称曾发现过太空中的氧分子，但是这项发现无法得到证实。而此次“赫歇尔”团队的发现却得到了证实。戈德史密斯和他的同事们推测，氧原子会附着在宇宙中冻结的细微尘埃颗粒上，并逐渐转化为水冰。他们认为，受到光线照射的水冰逐渐升温，从而释放了水汽，以此允许了氧分子的出现。此次在猎户星云中发现的氧分子正是这样形成的。

戈德史密斯称，这揭示了一部分氧分子的藏身之处，但是，此次探测并未能发现大量氧分子，因此科学家还不能了解到此次观测的这一区域是否具有其他某些特殊条件致使其符合氧分子存在的条件。

宇宙中仍然还存在着太多的秘密有待揭示。目前，研究者们计划在其他恒星形成区域继续搜寻氧分子。“赫歇尔”计划科学家比尔-丹奇（Bill Danchi）也表示，氧是宇宙中第三大常见元素，氧分子的形成在宇宙中肯定是丰富的。“赫歇尔”空间天文台是解决这一宇宙谜团的有力工具。该天文台使得科学家们可以运用全新的技术去探测氧分子可能存在的信号。