在浩瀚的宇宙中,有一桩困扰了天文学家几十年的悬案。
故事的主角,是一种我们既熟悉又陌生的元素:硫。在元素周期表上,它是第16号成员;在宇宙的元素丰度榜上,它高居第十。更重要的是,它是构成蛋白质、酶以及我们所知生命不可或缺的关键成分。按理说,在那些孕育恒星和行星的宇宙尘埃与气体云中,我们应该能轻易地找到它。
但离奇的是,它“失踪”了。
天文学家动用了最先进的设备,比如大名鼎鼎的詹姆斯·韦布空间望远镜,对准那些理论上应该富含硫的区域进行“人口普查”。结果令人大吃一惊:观测到的硫分子数量,比理论预测的少了整整三个数量级。这就好像你走进一个本该有上万人的广场,却只看到了寥寥数人,其余的全都不见踪影。
硫去哪了?这成了天体化学领域的一大谜团。
最近,由多国科学家组成的一支“侦探团队”,包括夏威夷大学的拉尔夫·凯撒(Ralf Kaiser)教授和密西西比大学的瑞安·福滕伯里(Ryan Fortenberry)教授,似乎终于找到了破解此案的关键线索。他们发表在《自然·通讯》上的研究指出,我们可能一直都找错了地方,也找错了“嫌疑人”的样貌。
线索指向了宇宙中最寒冷的角落,星际冰层。
在这些温度极低的区域,原子和分子会冻结在尘埃颗粒的表面,形成一层薄薄的冰。科学家们通过实验室模拟发现,硫原子并没有消失,而是“改头换面”,伪装成了两种我们之前未曾充分重视的稳定形态。
第一种形态,被称为八硫环(S₈)。顾名思义,它由八个硫原子手拉手组成一个环。这个环并非一个平面的圆圈,而是一个立体的、像一顶小皇冠的精巧结构。因此,它又被昵称为“硫皇冠”。
第二种形态,则是一类叫做多硫烷(Polysulfanes)的分子。它们不再是封闭的皇冠,而是长短不一的链条,硫原子像串珠一样一个接一个地排列,链条的两端则由氢原子“封口”。
这两种形态的硫,就像是潜伏起来的间谍,它们以固体的形式被牢牢锁在星际冰晶之中。而我们过去的天文观测,很大程度上依赖于探测气态分子发出的特定光谱信号,就像通过声音来识别人。如果硫变成了固态的“皇冠”和“长链”藏在冰里,自然就不会发出我们熟悉的那种“声音”,也就从我们的视野里“消失”了。
这还没完,硫这种元素本身还有一个极其“狡猾”的特性:它非常善变。福滕伯里教授打了一个生动的比喻,说硫“有点像病毒,它在移动的过程中会不断改变自己的形态”。它一会儿是皇冠,一会儿是长链,还可能变成其他各种各样的结构,这使得追踪它的踪迹变得难上加难。
而这项新研究的重大意义,就在于它为天文学家提供了一份清晰的“寻人启事”。研究团队不仅指出了硫可能的藏身之所(星际冰层),还描绘出了它最可能呈现的两种“伪装”样貌(硫皇冠和多硫烷)。
现在,天文学家可以调整策略了。他们可以利用射电望远镜等设备,专门去搜寻这些“硫皇冠”和“多硫烷”从冰层中升华到气态后释放出的独特信号。尤其是在那些正在形成恒星的区域,温度升高会使冰层融化,这些隐藏的硫分子就有可能“暴露”自己的真实身份。
宇宙里的硫并没有真的“失踪”,只是藏进了冰冷的皇冠与链条中,等着人类去发现它们的存在。
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图为“硫皇冠”具像化的星云艺术图,来源:John McCustion
信源:Ashanie Herath et al, Missing interstellar sulfur in inventories of polysulfanes and molecular octasulfur crowns, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-61259-2
