“迷失的元素”锝身世之谜

　　 在元素周期表发现了一个令人诧异的问题：一种元素仅出现在恒星内，在地球上却难觅寻踪。以元素周期表格式出现的元素遍布宇宙，天体物理学家相信，从宇宙大爆炸之后的粒子合成过程中首先产生了氢和氦两种基本元素，所有其它的元素逐渐从恒星内部的核合成反应中形成，元素产生的路径具体而明确，元素的合成发生在恒星的核心层，轻元素合成重元素。超新星爆发释放了巨大的能量和物质粒子，合成了在元素周期表中位置逐次靠后的重元素，元素从两大天体的合并与塌缩过程中产生，在两颗中子星的碰撞与合并中创造了在元素周期表中最重的元素，在恒星爆炸之后留下的星云遗骸中炼制了物质元素，在放射性元素的衰变和高能宇宙射线撞击大气层的过程中，原子被分裂成不同种类的元素。

　　 元素产生的多种路径丰富了物质元素的种类，最初是氢氦两种元素的共同作用，多种元素的合成形成了一代接一代的物质元素，“万物理论”依存的物质世界包含种类丰富的物质元素，星云、恒星和行星，人类所在的太阳系毫无例外地由丰富的物质构成，太阳系包含人们熟知的太阳和地球。科学家确信了一个事实：超过90%的地球物质源于超新星的爆发，超新星释放的极小比例物质构成的地球行星，而超新星在多次喷发过程中将巨量的物质元素抛洒到星际空间。地球物质的形态十分丰富、地球生物呈现了多样性，生机勃勃的地球经过了地质和气候条件的长期演变。人们在元素周期表的排列图中可以发现一种“遗失的元素”，锝元素缺失在表格中的第43位，它是一种灰色、闪闪发光的金属元素，物质密度与铅相同，熔点超过3000华氏度，锝元素不是以自然方式存在于地球的物质中。

　　 为什么在地球上找不到锝元素？它的所有同位素产生了放射性，最长半衰期的锝同位素仅有几百万年，即使地球在诞生的初期储备了大数量的锝元素，人们早已找不到它们的踪迹，锝原子存在于今天的可能微乎其微，地球年龄达到了40多亿年。事实上，仅通过铀一类物质元素的衰变自然地产生了锝元素，每一克铀大约产生一微微克（10^-12 g）锝，人们从核裂变中得到了成吨的锝元素物质，也可从粒子加速器产生锝元素，人们甚至将锝元素的一种同位素应用于医疗服务，它的特性可用于医疗的目的。锝元素不是从地球上自然产生的，它只能诞生于恒星的核合成，恒星制造锝元素的过程比其它的路径更为精细，锝元素的合成不是简单地发生在剧烈毁灭方式的超新星暴和中子星合并的过程中。

　　 相反的是在特定类型的恒星中存在一种稳定的反应机制，缓慢的中子在所谓的S过程中被捕获了。恒星在红巨星的演变阶段通过氦元素的燃烧释放出自由中子，出现了碳—13和氖—22一类的聚变元素,。太阳终将变成一颗红巨星，它的体积将比目前的体积增大100多倍，一旦太阳进入红巨星阶段，自由中子的产生数量十分可观，它们聚合成恒星内部的重元素，一次聚合反应增加一个中子，新的元素按照聚合的方式产生，它们缓慢地进入元素周期表的后排。以元素周期表的排列合成方式，锝元素的合成需要经历很长的时间，但处在红巨星阶段的恒星能够存续数亿年的时间，锝元素产生的时间不是问题。天体物理学家将一种恒星称之为“锝恒星”，他们在这种类型的恒星光谱中检测到了锝元素，“锝恒星”是最明亮的恒星之一，人们几乎可以用肉眼看见它们。

　　 只要在实验中捕获缓慢的中子，科学家就可以制造比铁元素更重的所有元素，包括铅和铋元素，但锝元素非常特别，人们仅在红巨星发现了它们的自然存在，事实上，只在恒星生命周期的特别阶段才能找到锝元素。锝元素在S过程之后从恒星的核心产生，它们在恒星内部向上翻涌，移动到恒星的外层。以实验室方式人工制造出锝元素，这一历史可以追溯到上个世纪的30年代。1952年，人们第一次在红巨星中发现了它们，人们唯一发现的锝元素以自然方式存在的地方就在红巨星。

　　 这一非常有趣的现象意味着锝形成于非常近的天文时期，它们仅在几百万年之后就会消失在衰变中，当红巨星演变到生命周期的最后阶段时，恒星终将剥离它们的外层，向太空甩掉的外层物质将变成行星类星云，丰富星际介子的储备，为下一代恒星和行星的诞生准备充足而多样的星际物质。但到了星际物质的形成阶段，已没有遗存的锝元素物质，天文学家从未在单个的行星类星云中接收到锝元素信号，在短生命周期的锝元素被带到红巨星的外层，红巨星的外层脱离了恒星本体，锝元素有充分的时间在衰变中消亡。甚至在短暂的几百万年时间，从红巨星外层剥落的物质已为下一代恒星和行星的形成准备了物料，此时，已没有任何的锝元素物质遗留下来，这是在地球上找不到自然形态锝元素的原因。

　　 天体物理学家揭示了锝元素消失的奥秘，只要有足够的能量、技术和时间，人们可以人工智能的方式合成锝元素，但在自然的条件下找到它它们，似乎只有两种选择的可能，一种选择是耐心等待数十亿年时间，某种物质在放射性衰变过程中可能产生锝元素，另一种是人类生命自然延续到红巨星演变的最后阶段，那个时刻的人们浸润在热烘烘的烧烤模式中，在人类生命的最后时刻检测和寻找短暂生命周期的锝元素，感知这一金属元素的神奇魅力，一切依赖于人类生命的长久延续，不会在战争和洪水等灾难中毁灭。

　　（编译：2015-8-4）