碳是生命的基础。而我们的太阳系似乎比银河系的许多其他部分都更慷慨地富含碳。
放眼太阳系,几乎到处都能找到碳:从金星炙热的大气层到泰坦油腻的泥浆,再到你追赶的那只狗身上的毛发。事实上,在太阳系中,碳是仅次于氢、氦和氧的第四大常见元素。由于天文学家认为我们的太阳系是相当普通的,他们中的大多数人认为碳在银河系的其他地方也同样普遍。但最近对银河系中大约 200 颗普通恒星成分的重新审查表明,我们的太阳含有的碳比大多数邻居都要多。我们这颗“烟雾缭绕”的家园显然是一个碳的绿洲。
这项关于碳丰度的新评估来自科罗拉多大学的天体物理学家 Ted Snow 和托莱多大学的 Adolf Witt。他们检查了最近对年轻和中年恒星的十几次调查的数据,并对这些恒星中碳的匮乏感到惊讶。Snow 说:“我认为我们没有发现一个案例是其他恒星的碳丰度与太阳相当。”
碳在古老巨星的核心中通过氦原子核的聚变形成。当这些恒星以超新星的形式爆炸时,它们的碳与其他更重的元素一起被散布到太空中。因此,今天天文学家在太阳和其他附近恒星表面看到的碳,据信都来自早期的恒星代;当它们死亡时,它们丰富了孕育现今恒星的气体和尘埃云。如果说有什么不同的话,那么比太阳年轻的恒星应该比太阳含有更多的碳,因为孕育它们的云有更长的时间被超新星富集。然而,Snow 和 Witt 将平均恒星碳浓度定为每百万个氢原子中含有 175 到 275 个碳原子;太阳中的浓度约为每百万个 355 个。
由于天文学家一直认为我们的太阳和太阳系是普通的银河系公民,因此许多关于银河系运作方式的模型都旨在解释我们自己后院所见到的现象。但如果平均恒星的碳含量是太阳的一半到四分之三,天文学家可能需要重新审视一些基本假设。例如,星光在太空中传播时会变暗,这被归因于碳丰富的星际尘埃的散射。Snow 说:“目前的模型似乎需要更多的碳来实现这一点,而我们认为可用的碳并不够。”尘埃可能不是一些理论家所建议的纯碳微粒——石墨或金刚石——而是硅、氧、氢和碳的混合物。
碳的赤字是否会降低碳基生命在银河系其他地方出现的可能性?亚利桑那大学的行星科学家 John Lewis(早期太阳系化学专家)不这么认为。他指出,我们的太阳系有形成富碳物质的天然机制——它们被称为彗星,它们富含碳是因为它们形成于离太阳足够远的地方,碳在那里会固化而不是像在地球附近那样蒸发到太空中。目前的模型表明,地球表面和生物圈中的大部分碳是在其历史早期,也就是它冷却后不久,在一场彗星雨中来到地球的。Lewis 说:“地球一半以上的碳是由最大的彗星撞击者带来的,因此一次事件就可以改变一颗行星的整个历史。”即使是碳贫乏的星系,他也说,也可能有碳含量相对较高的彗星。这些系统中的任何行星都可以通过几次幸运的撞击获得生命所需的全部碳。
这一切都很好,但我们的恒星是如何比它的邻居拥有更多的碳的呢?Snow 说:“太阳富含铁、氧以及除了碳之外的许多其他元素。你可以期望从超新星中获得这种普遍性的增强。这样的爆炸不一定能均匀地分布一颗垂死恒星的物质,而我们的太阳系可能形成于一团富含碳和氧的气体——而这恰好是生命的基础。”Snow 说:“这里可能发生了一些非常局部和特殊的事情。”














