科学家在深海发现罕见的钚244元素，它是怎么形成的呢？

地球的年龄已经有46亿岁了，它的诞生离不开太阳系的大环境，太阳在吸聚该区域内绝大部分的物质之后，剩余的“渣滓”慢慢才聚合成各个行星以及众多卫星和小行星。不过，太阳系的年龄与宇宙的138亿岁相比，还显得太过于“年轻”，如果要追溯包括地球在内，组成太阳系各个天体的物质来源，就需要寻找“史前太阳系”，即上一任或者再往前大质量恒星或者中子星的爆发。

数年之前，科学家们曾经在地球太平洋的海底，于一处地层非常稳定且易于采集沉积物样本的区域，带出来一块深海沉积物的样本，在其中发现了罕见的钚－244元素，这个发现对于研究宇宙中重金属元素的形成，以及地球的形成和发展过程提供了重要依据。

地球上钚-244的来源

通常情况下，人们将地球上比铁元素原子序数大的元素，称为重元素。而研究重元素在地球上的形成过程，则是物理学研究中最重要的领域之一。在一些重元素中，还包含着一些具有放射性的物质，即能够在自然状态下，从不稳定的原子核内部释放出粒子或者射线，同时释放相应能量，最终衰变为原子序数更小元素的过程。而关于重元素以及放射性元素的形成，在地球这样的环境中，即使是高温高压的地核中，实现的难度也非常大，因此它们的来源，需要更为特殊的环境。

铁以及比铁轻的元素，有一定的几率是直接来源于大质量恒星，在其常规的主序期内，通过内部剧烈的核聚变，由外及内分层、分时段、分阶段形成，最后在恒星生命末期发生爆炸而扩散到宇宙空间中。由于铁元素的比结合能，在所有元素中最高，因此恒星内部核聚变的最终产物，只能到铁为止。

至于宇宙中比铁还要重的物质，必须依靠超高能量密度的自由中子才能实现。在大质量恒星生命末期，由于内部的核聚变难以为继，在表面重力的作用下，恒星发生剧烈坍缩，体积迅速缩小，内部核心在受到强烈挤压和撞击下，会形成强烈的“反弹激波”，将那些坍缩的物质以极高的速度剥离出去，产生壮观的超新星爆发。

在此过程中，也伴随着巨量能量的释放，形成高密度的中子流，每立方厘米的中子数量可以高达100万亿亿个。那些原本组成恒星的“轻物质”，则被“淹没”在这些中子流中，在如此多的中子撞击下，迅速发生“快中子捕获”反应，中子进入轻物质的原子核中，从而形成各种各样的富中子原子核，然后又迅速发生β衰变，最终形成了比较稳定的原子核。

这些新形成原子的原子序数，比以前“轻元素”的都要高，金、银、铂等贵金属元素以及钚-244等众多放射性元素，就是这么被制造出来的。当然，除了超新星爆发外，还有一个非常剧烈的反应过程，也可以产生出来这些重物质，那就是中子星的合并。

钚-244元素的半衰期为8060万年，所以它可以作为一种“放射性时钟”，来记录地球诞生的历程，在一定程度上可以反应46亿年间，那些来源于星际空间中的“尘埃”的变化过程。研究人员对从海底取出的沉积样本进行监测分析发现，钚-244已经衰变得所剩无几，表明它们的衰变已经持续很长时间，那么它们的来源，归根结底还是“地外空间”。

钚-244一定来自于超新星爆发吗？

研究人员在分析样本时，还有一个奇怪的发现，那就是钚-244和铁-60同时出现了。这个发现给人们的直觉是，这两种金属物质，都可能来源于超新星爆发。铁-60是铁-56的一种同位素，由于其原子量比常规的铁元素要大，因此有一小部分可能直接是非常大质量恒星直接所形成，更多的则是超新星爆发的产物，因为铁-60相对于其它重金属来说，还是相对较轻的，也就是说超新星爆发时，会比较容易形成这种相对轻的金属元素。

在以前的研究中，科学家们发现，在地壳以及深海的沉积层中，有两个时间点，铁-60的含量发生过波动，一次是420万年前，一次是在700万年前，这两个时期，或许就是两次超新星爆发后，所形成的铁-60流入地球的结果。

超新星爆发后，所形成的各种重元素比例，会因原子序数的不同而呈现不同的结果，原子序数越大，则需要的自由中子越多，那么所投入的能量也越大，形成难度也就相应要高，这一点已经通过计算机模拟超新星爆发的过程得到了印证。而科学家们在深海样本中得到的两种元素的比例关系，也表明钚-244比铁-60要少得多。这种差异性的结果，科学家们提出了两种不同的解释：

一是来源于同一超新星爆发，但到达太阳系的重元素物质分布不均衡，其中钚-244仅仅是超新星爆发后所形成的一小部分，或者到达太阳系后恰好是其密度较为稀少的部分。

第二种解释是来源于不同期的超新星爆发。钚-244可能来源于更为古老的超新星爆发，原本钚-244在太空中漫无边际地飘荡，在接近地球时，来自更新超新星爆发产生的冲击波，将钚-244推向了地球并沉积了下来。

第三种解释是来源于不同的天文事件。由于地球上钚-244的含量要明显比铁-60要低，那么也有一种可能是二者根本不是一个时期、以及不是一个天文事件所产生的，比如一个是超新星爆发，另一个是中子星合并。钚-244如果来源于中子星合并，那么这两颗中子星合并时与地球的距离，要比新发生的超新星爆发要远得多。

如果要进一步精确研判地球上钚-244的来源以及时间轴变化情况，则需要对地球的地壳进行更大范围的勘测，来获取更多的研究样本，通过对不同区域、不同年代地层的综合性判断，来向我们展示宇宙发展演化的更多奥秘。