一些法國(guó)的科學(xué)家，他們研究了 1945 年美國(guó)在日本廣島投下的原子彈爆炸后產(chǎn)生的一種特殊的玻璃 —— 廣島玻璃。他們發(fā)現(xiàn)，這種玻璃的形成過(guò)程和太陽(yáng)系中最早的固體，也就是隕石中的鈣鋁富集包裹體（CAIs），有很多相似之處。他們還發(fā)現(xiàn)，這種玻璃的氧同位素組成有一種奇怪的現(xiàn)象，叫做質(zhì)量無(wú)關(guān)的分餾，這意味著氧同位素的比例不僅取決于它們的質(zhì)量，還取決于一些其他的因素。這種現(xiàn)象在太陽(yáng)系中也很常見(jiàn)，但是在地球上很少見(jiàn)，它可以幫助我們理解太陽(yáng)系的形成和演化。
那么，廣島玻璃是怎么形成的呢？我們先來(lái)回顧一下原子彈爆炸的過(guò)程。當(dāng)原子彈爆炸時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)巨大的火球，溫度非常高，壓力非常大，里面的物質(zhì)會(huì)被汽化，包括原子彈本身，還有周?chē)目諝狻⑺?、土壤、建筑物等等。這些物質(zhì)會(huì)形成一個(gè)混合的氣體，然后隨著火球的膨脹和冷卻，這些氣體會(huì)逐漸凝結(jié)成固體顆粒，就像水蒸氣凝結(jié)成雨滴一樣。
這些固體顆粒就是廣島玻璃，它們有不同的形狀、顏色、大小、成分，取決于它們凝結(jié)的時(shí)間、位置、溫度、壓力，以及原始物質(zhì)的種類(lèi)。這些玻璃會(huì)隨著火球的擴(kuò)散落到地面，形成一層沉降物，就像核灰一樣。這些沉降物可以在廣島附近的海灘上找到，科學(xué)家們就是從那里收集了 94 個(gè)樣本，進(jìn)行了分析。
科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，廣島玻璃有四種類(lèi)型：分別是低硅、高鈣氧化物和富含鎂氧化物的梅利萊特玻璃；高鋁氧化物含量和含鐵的鈣長(zhǎng)石玻璃；富含硅和鈉氧化物的堿性玻璃；幾乎純硅的硅玻璃。其中，硅玻璃的來(lái)源可能是海灘上的沙粒，堿性玻璃的來(lái)源可能是工業(yè)制品，比如玻璃窗，瓶子等。梅利萊特玻璃和鈣長(zhǎng)石玻璃的來(lái)源可能是土壤、水、空氣以及混合在一起的其他物質(zhì)。
科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)，這些玻璃的氧同位素組成有一些特殊的特征，它們的 17O / 16O 比例和 18O / 16O 比例之間的關(guān)系不是線性的，而是有一些偏離，這就是質(zhì)量無(wú)關(guān)的分餾。這種分餾的程度不同，有的玻璃沒(méi)有，有的玻璃很明顯，有的玻璃介于兩者之間?？茖W(xué)家們認(rèn)為，這種分餾是在玻璃凝結(jié)的過(guò)程中發(fā)生的，可能是由于一些化學(xué)反應(yīng)，或者一些動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，或者兩者都有。
那么，這些玻璃和太陽(yáng)系中的 CAIs 有什么關(guān)系呢？CAIs 是一種很特殊的固體顆粒，它們是太陽(yáng)系中最早形成的物質(zhì)，它們的年齡大約是 46 億年，比地球還要老。它們主要由鈣和鋁組成，還有一些其他的元素，它們的形狀、顏色、大小、成分也各不相同。它們是怎么形成的呢？科學(xué)家們認(rèn)為，它們是由太陽(yáng)系的原始星云中的塵埃和氣體汽化，然后凝結(jié)而成的。這個(gè)過(guò)程和廣島玻璃的形成過(guò)程很像，只是時(shí)間、空間、溫度、壓力、物質(zhì)的種類(lèi)都不一樣。
CAIs 的形成環(huán)境是一個(gè)巨大的氣團(tuán)，溫度高達(dá)幾千度，壓力很低，物質(zhì)主要是氫，氦，碳，氮，氧，硅，鐵等元素。CAIs 的形成時(shí)間是幾百萬(wàn)年，而廣島玻璃的形成時(shí)間是幾秒鐘。但是，這兩種物質(zhì)的形成機(jī)制都是由氣體到固體的轉(zhuǎn)變，都涉及到物質(zhì)的汽化，混合，凝結(jié)，分餾等過(guò)程。所以，科學(xué)家們認(rèn)為，廣島玻璃可以作為一個(gè)類(lèi)比，來(lái)幫助我們理解 CAIs 的形成，進(jìn)而理解太陽(yáng)系的形成。
當(dāng)然，這只是一個(gè)初步的研究，還有很多問(wèn)題沒(méi)有解決，比如，為什么廣島玻璃的氧同位素分餾的程度不同，為什么廣島玻璃的硅同位素組成和 CAIs 的不一樣，為什么廣島玻璃的形狀和 CAIs 的不一樣，等等。這些問(wèn)題需要更多的實(shí)驗(yàn)，更多的數(shù)據(jù)，更多的模擬，更多的理論，來(lái)進(jìn)行探索和解釋。
但是，我覺(jué)得，這項(xiàng)研究已經(jīng)給我們提供了一個(gè)很好的啟示，那就是有時(shí)候，我們可以從地球上的一些極端的事件中，找到一些線索，來(lái)揭示太陽(yáng)系的秘密。廣島玻璃就是一個(gè)例子，它是由人類(lèi)制造的最強(qiáng)大的武器引發(fā)的，但是它卻可以讓我們回到太陽(yáng)系的起源，看到一些最古老的物質(zhì)。
本文來(lái)自微信公眾號(hào)：萬(wàn)象經(jīng)驗(yàn) （ID：UR4351），作者：Eugene Wang
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