科学家可能终于找到了宇宙中"失踪"的硫

包括密西西比大学天体化学家Ryan Fortenberry、夏威夷大学马诺阿分校化学教授Ralf Kaiser以及佐治亚州立大学计算化学家Samer Gozem在内的国际研究团队在《自然-通讯》期刊上发表了他们的研究成果。

"硫化氢无处不在：它是燃煤电厂的产物，影响酸雨形成，改变海洋pH值，并且会从火山喷发中释放出来，"Fortenberry表示。"如果我们能更深入理解硫的化学行为特性，那么基于基础科学知识产生的技术商业化应用才可能真正实现。"

硫是宇宙中丰度排名第十的元素，被视为行星、恒星及生命体的关键化学成分。多年来，太空中分子硫的缺失始终是个未解之谜。

"观测数据显示，相较于理论预测的气相丰度，稠密分子云中的硫含量低了三个数量级，"Kaiser指出。

答案或许隐藏在星际冰层中。

在宇宙的寒冷区域，硫能形成两种截然不同的稳定构型：由八个硫原子环状排列构成的八硫冠环，以及由氢键连接的硫原子链——聚硫烷。这些分子可在覆盖冰层的尘埃颗粒表面形成，从而将硫锁定为固态形式。

"例如使用詹姆斯·韦伯太空望远镜时，你能在特定波长处获取氧、碳、氮等元素的特征信号，"Fortenberry解释道。"但对硫元素进行同样检测时，信号却出现不匹配现象，我们至今无法解释分子硫为何如此匮乏。

"本研究揭示：已知最常见的硫形态很可能正是硫元素的藏身之处。"

Kaiser与Fortenberry的研究表明，这些富硫分子可能在星际空间的冰封区域大量存在，为天文学家破解硫元素之谜提供了路线图。

"通过模拟星际条件的实验室研究（如本项工作），我们发现了星际冰尘上可能形成的含硫分子库，"Kaiser阐述道。"天文学家可据此利用射电望远镜，在恒星形成区域中升华至气相的星际介质里寻找这些聚硫烷分子。"

硫元素难以探测的根本原因在于其化学键形态持续变化——从冠环结构转变为链状结构，还可形成多种其他构型。

"它永远不会保持固定形态，"Fortenberry描述道，"就像病毒一样——移动过程中不断变异。"

研究团队的工作识别出若干可能存在的稳定构型，为天文学家开展宇宙搜索提供了目标。

"天体化学最令我着迷之处在于：它迫使你提出艰深问题，继而推动你创造性地解决问题，"Fortenberry强调道，"而这些难题与创新方案往往能带来意想不到的重大积极影响。"