科學新粹


1988年05月221期｜上一篇｜下一篇＃發行日期：1988、05 ＃期號：0221 ＃專欄：科學新粹＃標題：科學新粹＃作者：郭中一　梁建平　譯．「疑是銀河落九天」──宇宙中的海市蜃樓：巨型星系弧．氦應有反應活性！．圖：上圖為以基特峰的4公尺望遠鏡所得的亞貝爾370星團處星系弧的影像，附近最亮的是二十星等的超巨橢圓星系。右圖是加拿大－法國－夏威夷的3.6公尺望遠鏡對同一地區所得的電腦影像。如果其中的弧形是一未見到的星系（圖中白點為其疑似位置）的影像，則在最上方光亮星系的附近應可發現較短的弧。此圖顯示的大小為約一弧秒左右；圖上為北，圖左為東。．圖：理論預測氦可與氧化鈹形成穩定的HeBeO。r_He-Be=1.538Å, r_Be-o=1.347Å（理論值）。		科學新粹「疑是銀河落九天」──宇宙中的海市蜃樓：巨型星系弧去年（1987年）天空中新發現兩個最為耀眼的大光源──超新星SN1987A與巨型星系弧（參閱本刊76-9及76-12月號）。自然前者造成的轟動與激情遠非後者能比，但是後者所釋放的能量卻也不輸於前者，而且兩者都與愛因斯坦的廣義相對論有極深的淵源。巨型星系弧是去年元月，由美國國立基特峰天文台（Kitt Peak National Observatory）的林德斯（R. Lynds）及史丹福大學的皮洛新（V. Petrosian），以基特峰的4公尺口徑的望遠鏡發現的；法國多洛斯天文台（Toulouse Observatory）的蘇凱（G. Soucail），以加拿大、法國聯合於夏威夷建造的3.6公尺口徑望遠鏡，也同時發現巨型星系弧。星系弧出現在亞貝爾370號星團及2244-02兩個星系團中，距我們約有70億光年之遙，極窄，但卻長到30萬光年，大約是本星系直徑的三倍，光度竟足可與一千億個太陽的總和匹敵！林德斯及皮洛新原本猜想，星系弧可能是超新星爆炸中的激震波波前，或是星系中的星球為黑洞所吞噬。但是這兩者皆無法解釋星系弧顯現的清晰弧狀。目前完整的模型有二：「反景模型」（light echoes）、與「蜃樓模型」（gravitational lensing）。反景模型由密蘇里華盛頓大學的卡茲（J. Katz）提出，他所根據的線索是弧狀結構與偏藍的光譜。在反景模型中，似星體放出短暫而強烈的閃光，此球狀脈波向外穿越似星體所在的星系群。如若在行進中，碰到氣體與塵埃形成的平面（可能是盤狀而在此星系的周圍），便會造成散射，散射的結果便是當脈波穿過散射介質時，可見到弧狀的光亮逐漸向外擴展。所看到的弧狀並非是個完整的圓，乃是由於散射平面只有部分充滿塵埃。弧狀呈現藍色，則是因藍光較紅光散射為快的緣故（晴天的藍色天幕也是由太陽光經大氣粒子與塵埃造成的）。這模型並不新鮮，在1901年的英仙座（Perseus）新星爆炸時，便已見過此種反景的現象。蘇凱則認為反景模型是錯的，因為觀測顯示，鯨魚座內的亞貝爾370號中的星系弧光譜與星系類似。所以她主張這是由重力焦聚所造成的「海市蜃樓」，因此並非是這星系團內的一分子，而是更遙遠星系的扭曲了的影像。重力透鏡的現象是1930年代由愛因斯坦提出的（參閱科月73-8月號鄭文豪譯的「宇宙中的大透鏡──重力透鏡」）。如果背景星系、焦聚星團與地球恰在一直線上，影像便是個完整的圓環，稱為愛因斯坦環。如果未恰好對準，則會裂為兩個圓弧，偏差更多，則分為許多更小的弧狀片斷。目前所見的星系弧甚長，所以偏離應該不會太多。已往疑似重力透鏡的現象主要是雙生似星體，其影像為數個點。根據詳細計算，應該還有第二個較小的弧狀物出現，但卻極難觀測，因為它的疑似位置與一個超重星系重合。由於此星系及另一鄰近星系造成的二度焦聚，可能就是觀測到星系弧有些不規則狀的原因。亞利桑那大學的古路斯曼（S.Grossman）及那拉揚（R. Narayan），也相信星系弧是由重力焦聚所造成的。他們以電腦模擬星系團，產生的長弧狀影像與觀測頗為吻合。歐洲在智利所設的南半球天文台（ESO）於去年十月末傳來的消息肯定了這「蜃樓模型」。福托德（B. Forttold）以這天文台的3.6公尺口徑望遠鏡作了最新的觀測，顯示在星系弧上多點的光譜，都有一價氧離子與鎂離子的放射譜線，這正是星系光譜的特色。由此肯定了星系弧的光譜，必然是位於亞貝爾370號後面的星系所擁有的。這些譜線的紅外線位移為0.724，約為星系團的兩倍，也就是說，星系團恰處於背景星系與地球的半途。而從第二個星系弧的先前資料，也顯示出星系的光譜。天文學家也已發現有第三個星系弧存在的證據。蜃樓模型的肯定，對以後的研究可能有兩項影響：由重力焦聚可決定作為重力透鏡的星系團質量的大小，這或許對棘手的失蹤質量問題可提出新的見解；此外，重力焦聚可將遙遠星系的光度放大，倍數則視星系弧所占面積而定。天文學家可利用此一效應，研究昏暗難以觀測的天體。如果對紅位移為0.5或0.6的密集星系團（rich clusters）作一系統的調查，或許能夠利用透鏡的放大作用發現新的天體呢！（譯自Sky ＆ Telescope, January, 1988.）氦應有反應活性！惰性氣體（氦、氖、氬、氪、氙和氡）的價電子組態是全填滿的ns²np⁶（氦是1s²），因而，一般的元素或化合物並不與惰性氣體進行化學反應。但此非盡然，1962年，加州大學柏克萊分校的巴特勒特（N. Bartlett）注意到氧（O₂）和氙有相同的游離能（均為12.1eV），由於他已合成O⁺PtF₆^-，他推斷用PtF₆當氧化劑應能與氙作用。果如他所料，將暗紅色的氣態PtF₆與氙以等體積比例混合，在室溫下，黃色的X⁺〔PtF₆〕^-固體即刻生成。爾後數年，化學家又陸續合成出氪、氙、氡的化合物。 1986年，柯克（W. Koch）等人藉量子力學（ab initio）計算得悉：氦應可和氧化鈹（BeO）形成穩定的化合物（尤其是在低溫下，請參見Chem. Phys. Lett., 132：330～333）。在氧化鈹中，電子在氧原子周遭分布的機率較大，促使鈹原子帶部分正電荷（δ⁺,見附圖）。反應時，若氦能循氧鈹連線的方向，趨近鈹至適當的距離，氦將以自有的一對價電子與鈹共用（配位共價鍵結），形成線形的三原子分子HeBeO〔其分解反應為HeBeO→He＋BeO＋3.9 Kcal/mol（理論值，在298K）〕。在惰氣中，氦尤屬「惰中之鈍」，氧化鈹若連氦都可引發反應，必然也能與其餘活性較大的分子（例如：氮）作用。傳統製備氨的方法是用哈柏法，其反應條件極為嚴苛（高溫、高壓並加催化劑）。而哈柏法是生產人工氮肥的第一步，【瀏覽原件】（哈柏製氦法）假若藉由氧化鈹來「活化」氮可行的話，化學家也許可設計出一個效率更佳的製氨法。（譯自New Scientist, 25February, 1988.）
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1988年05月221期｜上一篇｜下一篇＃發行日期：1988、05 ＃期號：0221 ＃專欄：科學新粹＃標題：科學新粹＃作者：郭中一　梁建平　譯．「疑是銀河落九天」──宇宙中的海市蜃樓：巨型星系弧．氦應有反應活性！．圖：上圖為以基特峰的4公尺望遠鏡所得的亞貝爾370星團處星系弧的影像，附近最亮的是二十星等的超巨橢圓星系。右圖是加拿大－法國－夏威夷的3.6公尺望遠鏡對同一地區所得的電腦影像。如果其中的弧形是一未見到的星系（圖中白點為其疑似位置）的影像，則在最上方光亮星系的附近應可發現較短的弧。此圖顯示的大小為約一弧秒左右；圖上為北，圖左為東。．圖：理論預測氦可與氧化鈹形成穩定的HeBeO。r_He-Be=1.538Å, r_Be-o=1.347Å（理論值）。		科學新粹「疑是銀河落九天」──宇宙中的海市蜃樓：巨型星系弧去年（1987年）天空中新發現兩個最為耀眼的大光源──超新星SN1987A與巨型星系弧（參閱本刊76-9及76-12月號）。自然前者造成的轟動與激情遠非後者能比，但是後者所釋放的能量卻也不輸於前者，而且兩者都與愛因斯坦的廣義相對論有極深的淵源。巨型星系弧是去年元月，由美國國立基特峰天文台（Kitt Peak National Observatory）的林德斯（R. Lynds）及史丹福大學的皮洛新（V. Petrosian），以基特峰的4公尺口徑的望遠鏡發現的；法國多洛斯天文台（Toulouse Observatory）的蘇凱（G. Soucail），以加拿大、法國聯合於夏威夷建造的3.6公尺口徑望遠鏡，也同時發現巨型星系弧。星系弧出現在亞貝爾370號星團及2244-02兩個星系團中，距我們約有70億光年之遙，極窄，但卻長到30萬光年，大約是本星系直徑的三倍，光度竟足可與一千億個太陽的總和匹敵！林德斯及皮洛新原本猜想，星系弧可能是超新星爆炸中的激震波波前，或是星系中的星球為黑洞所吞噬。但是這兩者皆無法解釋星系弧顯現的清晰弧狀。目前完整的模型有二：「反景模型」（light echoes）、與「蜃樓模型」（gravitational lensing）。反景模型由密蘇里華盛頓大學的卡茲（J. Katz）提出，他所根據的線索是弧狀結構與偏藍的光譜。在反景模型中，似星體放出短暫而強烈的閃光，此球狀脈波向外穿越似星體所在的星系群。如若在行進中，碰到氣體與塵埃形成的平面（可能是盤狀而在此星系的周圍），便會造成散射，散射的結果便是當脈波穿過散射介質時，可見到弧狀的光亮逐漸向外擴展。所看到的弧狀並非是個完整的圓，乃是由於散射平面只有部分充滿塵埃。弧狀呈現藍色，則是因藍光較紅光散射為快的緣故（晴天的藍色天幕也是由太陽光經大氣粒子與塵埃造成的）。這模型並不新鮮，在1901年的英仙座（Perseus）新星爆炸時，便已見過此種反景的現象。蘇凱則認為反景模型是錯的，因為觀測顯示，鯨魚座內的亞貝爾370號中的星系弧光譜與星系類似。所以她主張這是由重力焦聚所造成的「海市蜃樓」，因此並非是這星系團內的一分子，而是更遙遠星系的扭曲了的影像。重力透鏡的現象是1930年代由愛因斯坦提出的（參閱科月73-8月號鄭文豪譯的「宇宙中的大透鏡──重力透鏡」）。如果背景星系、焦聚星團與地球恰在一直線上，影像便是個完整的圓環，稱為愛因斯坦環。如果未恰好對準，則會裂為兩個圓弧，偏差更多，則分為許多更小的弧狀片斷。目前所見的星系弧甚長，所以偏離應該不會太多。已往疑似重力透鏡的現象主要是雙生似星體，其影像為數個點。根據詳細計算，應該還有第二個較小的弧狀物出現，但卻極難觀測，因為它的疑似位置與一個超重星系重合。由於此星系及另一鄰近星系造成的二度焦聚，可能就是觀測到星系弧有些不規則狀的原因。亞利桑那大學的古路斯曼（S.Grossman）及那拉揚（R. Narayan），也相信星系弧是由重力焦聚所造成的。他們以電腦模擬星系團，產生的長弧狀影像與觀測頗為吻合。歐洲在智利所設的南半球天文台（ESO）於去年十月末傳來的消息肯定了這「蜃樓模型」。福托德（B. Forttold）以這天文台的3.6公尺口徑望遠鏡作了最新的觀測，顯示在星系弧上多點的光譜，都有一價氧離子與鎂離子的放射譜線，這正是星系光譜的特色。由此肯定了星系弧的光譜，必然是位於亞貝爾370號後面的星系所擁有的。這些譜線的紅外線位移為0.724，約為星系團的兩倍，也就是說，星系團恰處於背景星系與地球的半途。而從第二個星系弧的先前資料，也顯示出星系的光譜。天文學家也已發現有第三個星系弧存在的證據。蜃樓模型的肯定，對以後的研究可能有兩項影響：由重力焦聚可決定作為重力透鏡的星系團質量的大小，這或許對棘手的失蹤質量問題可提出新的見解；此外，重力焦聚可將遙遠星系的光度放大，倍數則視星系弧所占面積而定。天文學家可利用此一效應，研究昏暗難以觀測的天體。如果對紅位移為0.5或0.6的密集星系團（rich clusters）作一系統的調查，或許能夠利用透鏡的放大作用發現新的天體呢！（譯自Sky ＆ Telescope, January, 1988.）氦應有反應活性！惰性氣體（氦、氖、氬、氪、氙和氡）的價電子組態是全填滿的ns²np⁶（氦是1s²），因而，一般的元素或化合物並不與惰性氣體進行化學反應。但此非盡然，1962年，加州大學柏克萊分校的巴特勒特（N. Bartlett）注意到氧（O₂）和氙有相同的游離能（均為12.1eV），由於他已合成O⁺PtF₆^-，他推斷用PtF₆當氧化劑應能與氙作用。果如他所料，將暗紅色的氣態PtF₆與氙以等體積比例混合，在室溫下，黃色的X⁺〔PtF₆〕^-固體即刻生成。爾後數年，化學家又陸續合成出氪、氙、氡的化合物。 1986年，柯克（W. Koch）等人藉量子力學（ab initio）計算得悉：氦應可和氧化鈹（BeO）形成穩定的化合物（尤其是在低溫下，請參見Chem. Phys. Lett., 132：330～333）。在氧化鈹中，電子在氧原子周遭分布的機率較大，促使鈹原子帶部分正電荷（δ⁺,見附圖）。反應時，若氦能循氧鈹連線的方向，趨近鈹至適當的距離，氦將以自有的一對價電子與鈹共用（配位共價鍵結），形成線形的三原子分子HeBeO〔其分解反應為HeBeO→He＋BeO＋3.9 Kcal/mol（理論值，在298K）〕。在惰氣中，氦尤屬「惰中之鈍」，氧化鈹若連氦都可引發反應，必然也能與其餘活性較大的分子（例如：氮）作用。傳統製備氨的方法是用哈柏法，其反應條件極為嚴苛（高溫、高壓並加催化劑）。而哈柏法是生產人工氮肥的第一步，【瀏覽原件】（哈柏製氦法）假若藉由氧化鈹來「活化」氮可行的話，化學家也許可設計出一個效率更佳的製氨法。（譯自New Scientist, 25February, 1988.）
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