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2018-10-01從初生恆星提取太陽系的過去－ 用天文化學解開生命起源之謎
586 期
Author 作者
呂聖元／中央研究院天文研究所副研究員。
今（2018）年1月，阿塔卡瑪大型毫米/次毫米陣列 望遠鏡（Atacama large millimeter∕ submillimeter array, ALMA）天文台發表了一篇新聞稿，當中提到 天文學家利用ALMA觀測到在大麥哲倫星雲（Large Magellanic Cloud, LMC）中，發現其中的雲氣裡包 含著甲醇、乙醚以及甲酸甲酯等複雜的有機分子。 在這個資訊爆炸、新聞種類五花八門的時代裡， ALMA的新發現乍聽之下可能很不起眼，且對於身 處於北半球的臺灣人來說，位處南半球天空的大麥 哲倫星雲確實顯得有些陌生。然而，讀者在仔細斟 酌後可能會發現，這樣一則小小的新聞中其實藏著 許多學問，像是天文學家探測遙遠天體中化學成分 的方法及這些有機分子的存在所代表意義等。
ALMA天文台位於太平洋東岸、南美洲狹長國度智利北 部海拔5000公尺的荒漠高原上，乃是由包括亞洲、北美 與歐洲等約20個國家所共同合作興建的一組望遠鏡。透 過66座直徑7~12公尺的天線連結，ALMA擁有著強大 的集光效果，卓越的靈敏度也使其成為當今全球最先進的無線電波望遠鏡。作為一架毫米與次毫米波望遠鏡， ALMA非常適用於觀測星際雲氣中的分子與塵埃粒子。
屬於天文學家的週期表
大麥哲倫星雲距離地球（或太陽系）約16萬光年，是人 類所處銀河系旁最近的鄰居，雖因其在天空中看來像一團彌散的雲氣而被稱作星雲，但其實大麥哲倫星雲的質量堪比數百億個太陽，也可以算是銀河系的衛星星系之一。該星雲的特別之處，或許得從天文學家的週期表來看（圖 一）： 氫（H）、碳（C）、氧（O）等的所有元素符號， 都和我們一般在學校中學習的元素相同，但是每個元素的圖案的大小不同，大致表示與突顯各個元素在整個宇宙中的含量比例。
按圖所示，宇宙元素組成以氫（大於90％）與氦（將近 10％）為主，這些氣體於宇宙初始的大爆炸後不久產生； 而原子量比兩者大的「重」元素，如碳、氮、氧、鎂、鋁、 矽、硫和鐵等，一般被天文學家統稱為「金屬（metal） 元素」， 主要透過後來恆星內進行的核融合反應合成。也就是說，星際空間中金屬元素的含量，反映著物質所歷經恆星誕生與死亡循環的多寡。恆星的核融合反應不斷合成新的金屬，而恆星死亡時產生的恆星風或超新星爆炸，則會將內部金屬元素拋散回星際空間中，若經歷多次循環，星際空間中氣體的金屬成分也就會累積得越多。值得注意的是，大麥哲倫星雲中的金屬成分只有太陽系的 30~50％，而這看來僅有些微差距的「低金屬」特質 ， 其實代表著該星雲目前的狀態比太陽系周遭更接近宇宙較早期、星系還年輕且尚未經歷太多次恆星演化的環境，這也讓人們有機會探索這種不同條件下的天文現象。
或許有人會問，宇宙中是否存在我們日常稱之為金屬的元素，以「宇宙金屬元素」來說，即使是含量最豐富的碳、 氮與氧，所佔比例都不及氫的1％，故其他真正的金屬在 此表中就更顯得微不足道了。
星際分子的特徵
星際雲氣中可能包含各種分子氣體，這些分子在空間中自由轉動；透過吸收或釋放能量，分子的轉動可以變快或變慢。......【更多內容請閱讀科學月刊第586期】