宇宙的香气

提到宇宙，你第一时间会联想到什么？黑暗、广袤、星光璀璨、银河浩瀚......我们对宇宙的认识多是视觉上的。但有没有想过，宇宙是什么味道的呢？它是不是也有自己独特的气味，每一颗星球，每一个星系，味道是不是都各不相同呢？在地球上，我们通过鼻子的嗅觉分辨气味，而气味源于化学分子与嗅觉受体的相互作用。那么在真空的宇宙中，该如何感知和探索气味呢？

直接询问宇航员是一种方法，当宇航员进行太空行走时，太空中的微小化学物质和分子会附着在他们的宇航服、头盔和工具表面。当他们返回空间站并重新进入有空气的环境时，这些附着的物质会与舱内的空气发生化学反应，释放出独特的气味。美国宇航员唐纳德·佩蒂特形容太空的气味为“甜美的金属味”，联想到电弧焊接时的烟雾。而德国宇航员亚历山大·格斯特表示，太空闻起来像“核桃和摩托车刹车片的混合味道”。 阿波罗11号的巴兹·奥尔德林则将其比作“烧焦的木炭”。宇航员们的描述各不相同，而且在太空中他们带着厚厚的氧气罩，如果想更直接地的了解宇宙的味道，我们或许可以通过科学手段对宇宙气味展开探索——光谱分析。

天文光谱是解读宇宙奥秘的重要工具。利用光谱仪将来自遥远星云或恒星的光分解成不同波长的光谱，每种分子吸收或发射的光波长度各不相同，所以在光谱中留下的标志便能够表明该分子的存在。谱线数据包含了丰富的信息，每条光谱线都对应着某种特定的元素或分子，分析这些谱线的强度和形状，就可以从中可以提取天体的化学组成、亮度、温度、空间分布等关键参数。这些数据描绘了天体的内部构造和演化历程，在分析天文光谱数据的过程中，逐步发现了许多奇异的天体及其现象，而本文介绍的宇宙香气正是依赖这种技术。

光谱的起源可以追溯到1666年，牛顿用棱镜将白光分解为七色光谱，奠定了光谱学的基础。随着科学技术发展，天文学家逐步开发出更先进的仪器和方法，从低分辨率的早期光谱记录发展到现代高精度光谱观测。在此过程中，反射式望远镜、消色差折射望远镜、折反射望远镜等光学仪器不断演进，都在为光谱观测技术提供支撑。

图 一颗恒星的光谱示例图

最初，光谱技术的应用只是单纯地分析光的组成，但在19世纪初，光栅的发明让科学家能够精确地测量光的波长。1814年，夫琅和费在太阳光谱中发现了数百条黑色的吸收线，这些线条成为了天体化学分析的起点。

图 夫琅和费记录的太阳光谱中的暗线

这条探索之路因德国物理学家基尔霍夫的贡献而大大延伸。1859年，他首次通过光谱对比确认了太阳大气中钠元素的存在。这种发现足以令人欣喜，这代表着太阳和地球有着相同的化学成分。也就是说人类第一次从科学角度理解了宇宙同源的概念，于是开启了通过光谱分析恒星和星云的物质构成的时代。恒星的光谱中包含的不仅仅是吸收线。早期的观测中，科学家发现了某些星云发射的光谱中含有异常亮的发射线。这些发射线的波长与实验室中任何已知元素的谱线都不匹配，似乎来自一种未知物质。直到20世纪30年代，科学家才解开这一谜团：这些发射线来自二次电离的氧离子，只有在极低密度和特殊的辐射环境下才会出现。但这也代表着另一个科学突破：通过分析光谱，可以进一步的揭示星际空间的物理条件和化学环境。发射线的研究表明星云不仅仅是简单的气体云团，它们是动态变化的化学实验室，孕育着复杂的物理过程。这些过程包括气体的电离、再组合、分子形成和能量的传递。光谱分析让科学家能够探测这些星际云的温度、密度和辐射场强度，每一条谱线都在讲述一个关于宇宙结构与演变的故事，从星云如何凝聚成恒星，到恒星死亡时喷射物质，形成新的星际云。这些发现进一步证实宇宙的化学和动力学是相互交织的。

回到本文的主题，那么通过分析天文光谱，宇宙应该是什么味道呢。这就要从人马座B2星云说起。Sgr B2是宇宙分子观测研究中的经典案例，它是位于银河系中心附近的大型分子云，距离地球约390光年，体积巨大，且充满了丰富的化学元素和分子。在1975年，德国马克斯·普朗克射电天文研究所的科学家利用波恩100米射电望远镜观测Sgr B2时，首次发现了甲醇（CH₃OH）和甲酸（HCOOH）等复杂有机分子的存在。而真正令人瞩目的突破发生在2009年，科学家利用欧洲南方天文台的阿塔卡玛大型毫米波/亚毫米波阵列望远镜对Sgr B2进行了高分辨率观测。在这一研究中，他们首次在星云中发现了乙酸乙酯（CH₃COOCH₂CH₃）分子。通过射电光谱的精确观测这一分子的谱线特征在毫米波段中得以识别。

乙酸乙酯是一个重要的复杂有机分子，通常用于制造香料和溶剂。在地球上，它是广泛存在于水果中的香甜的果香，而科学家通过分析乙酸乙酯的射电光谱指纹，确认它的存在，推测Sgr B2星云中可能弥漫着一股类似水果和朗姆酒的香气。而Sgr B2星云中的味道并不仅限于乙酸乙酯。这片星云中还发现了其它味道分子，如乙醇（C₂H₅OH）、乙醛（CH₃CHO）以及氨基甲酸乙酯（NH₂COOCH₂CH₃）等。乙醇，也就是酒精，大家都不陌生，是我们身边酒类饮品的主要成分；乙醛则常用于生产芳香剂，带着一股辛辣的果香气息。这些分子共同塑造了这片星云的“酒馆”化学风貌。这些有机分子的共同存在，使得Sgr B2星云仿佛是宇宙中的星际酒馆，其弥漫的香气成为一场由水果和朗姆酒交织的盛宴。

但太空中的味道也并不是都如此美味，我们在太阳系中的一个邻居——木星就是一个绝佳的例子。木星的大气层中充满了对人类嗅觉极其不友好的气体。科学家通过伽利略号和朱诺号探测器，对木星大气进行了详细分析，发现它主要由氢气和氦气组成，并含有少量的氨、硫化氢和甲烷。这三种气体共同创造了一种极为刺鼻的气味。硫化氢带有强烈的臭鸡蛋味，氨与甲烷的气味更不必再次形容。而木星的卫星木卫一，这颗星体被称为太阳系中最活跃的火山世界，它的地表不断喷发出二氧化硫和硫化氢等化合物，这些物质在地球上更是臭名昭著的气味源头。但虽然味道极为不雅，但这些气体的存在也说明木星的深层大气中活跃的化学反应形成了一种与地球完全不同的动态环境。

从人马座B2星云的星际酒馆，到木星和木卫一充满硫化物的刺鼻气息，每一种味道都蕴藏着着宇宙的多样性和复杂性。通过光谱分析我们得以窥见这些远在数百光年之外的化学特征，理解恒星、星云和行星的形成与演化。这些气味不是宇宙化学的副产品，也是我们探索奥秘的线索。未来随着技术的不断进步，我们或许可以在实验室中重现更精准地还原宇宙的气味，让我们以新的方式感知宇宙的独特魅力。

参考文献

[1]陈淑鑫.LAMOST巡天光谱数据处理技术与分析应用[D].哈尔滨工程大学,2019.