164号元素真的存在吗?科学家发现蛛丝马迹,却不在地球上

姿势分子knowledge 2023-10-13 15:33:08

1869年,俄国化学家门捷列夫发表了化学元素周期表,总结了化学元素的规律。

迄今为止,人类已经发现了118种化学元素。不过,只有前94号元素是自然界存在的,后面的元素由于半衰期太短,很快就衰变殆尽,因此都是靠人工合成才发现的。即便如此,人类目前的科技也仅限于合成到118号元素Oganesson(中文译字是“气”下面加上一个“奥”字,不过这个字是新创的,很多输入法都打不出来)。

我们知道,元素的“序号”又叫原子序数,代表的就是原子核内的质子数。理论上来说,如果我们发现或者合成了一个拥有119个质子的原子核,那就算发现119号元素了,甚至还可能发现更靠后的化学元素。不过,118号元素发现至今已经21年了,人类再没有新的发现,因此更靠后的化学元素是否能稳定存在,也是一个问题。

令人惊讶的是,就在科学家们对119号元素还一筹莫展的时候,宇宙中竟然疑似发现更靠后的元素——164号元素。

虽然人类还没发现118号以后的元素,但对后面的元素的稳定性提出了一些猜想。有人提出,如果原子核里质子和种子的总数或者二者均是“幻数”时,那么它就是稳定的,至少在一段时间内可能会保持稳定,这就是所谓的稳定岛理论。

迄今为止,人类确定的幻数只有7个,分别是2、8、20、28、50、82、126,但还有一些数字可能被确认为幻数。理论研究表明,在164附近,就很可能存在一个幻数,这也意味着很可能有一个新的化学元素等着我们去发现。而且,即便这些元素尚未被发现,科学家们也还是推测出它们可能具备的某些特征,比如密度非常大。

目前化学元素周期表中最终的天然元素是锇,其固体密度是22.59克每立方厘米,相当于铁的3倍左右。即便是地球最致密的结构地核,密度也仅有它的一半左右。相比之下,木星的内核才能达到这样的量级,毕竟木星的质量是地球的三百多倍,引力也大得多,在外层结构的压缩之下,内核才会被挤压得如此致密。

然而在我们的太阳系内,有一些天体的密度相当惊人,甚至超过了锇。而且这些天体并不是行星内核,也就是说它们并非被压缩成这样的。换句话说,它们可能“天生”就这么重。而导致它们拥有这么高的密度的原因,或许就在于隐藏在那里的超重元素。

有一颗小行星,就被认为存在这样的情况,它的名字叫33 Polyhymnia。

33 Polyhymnia中文译作司瑟星,发现于1854年,是人类历史上发现的第33颗小行星。它位于太阳系小行星主带内,也就是火星和木星之间,公转周期1771个地球日。

在此之前,天文学家推测它的直径是120公里。不过根据最新的观测,它的直径大约只有54公里,但密度达到了(6.20±0.74)×10^18千克。按照这个数据来计算,它的密度竟然达到了每立方厘米75.28克,属于天文学家归类到致密超密度天体(CUDO)。

每立方厘米75.28克是什么概念?这个密度是锇的3倍以上,是地球的近14倍。尽管太阳系内有些小行星也因为密度大等原因,被认为是某些行星裸露出来的内核,但33 Polyhymnia的密度比所有行星的内核都要大得多,可见连这个理论也无法解释它的密度。天文学家据此推测,或许33 Polyhymnia的内部包含着理论中的超重元素。

来自亚利桑那大学的物理学家利用托马斯-费米模型进行了分析,发现他们的计算结果与之前预测的原子序数为 164 的稳定岛一致。而且他们预测这种元素的密度范围在每立方厘米 36 克到 68.4 克之间,也相对符合33 Polyhymnia的数据。

也许33 Polyhymnia真的含有地球上不存在的元素,但目前下结论还为时过早。由于质量太小,33 Polyhymnia和其他天体之间的相互作用也非常微弱,因此天文学家计算的质量数据也可能存在比较大的误差。也就是说,它的质量到底有多少,目前也没人敢下定论,所以也有人推测,前面的质量数据本来就是错误的,导致我们对它的密度产生了误解。

还有天文学家试图利用一些理论上的物质来解释33 Polyhymnia的惊人密度,比如暗物质。不过,本次研究的目的就是证明现有的理论就有可能解释它的致密现象,而不必借助于那些神秘的物质。

总而言之,33 Polyhymnia的密度到底是多少,它的高密度又是怎么来的,仍然是个未解之谜。好在人类已经多次成功实现了小行星表面采样的任务了,或许在未来的某一天,我们还将发射一艘航天器,将它的样本带回地球,届时答案就能够揭晓了。

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