[拼音]：yuzhou huaxue

[外文]：cosmochemistry

研究宇宙物质的化学组成及其演化规律的学科，是天文学的一个分支，也是天文学与化学之间的边缘学科。宇宙化学研究的对象包括陨石、月球、行星系天体、行星际物质、太阳、恒星、星际物质、宇宙线、星系和星系际物质等。

宇宙物质的化学组成是指构成宇宙物质的元素、 同位素、 分子和矿物。宇宙化学的研究任务之一就是确定这些组成，并测定它们的相对含量和绝对含量。测定方法有两种：一种是直接取样，如测定陨石、月球岩石样品、宇宙尘、宇宙射线核成分等；另一种是测定来自天体的电磁辐射中的特征谱线。例如对恒星作光谱分析，对星际物质进行射电、红外、可见光波段的频谱分析。研究表明，宇宙物质是由《化学元素周期表》中近百种化学元素和 280多种同位素组成的。在宇宙物质中发现了地球上尚未发现的若干种矿物和分子。

宇宙化学另一个任务是研究宇宙物质的化学演化。大致有几个过程：首先由某种过程（例如“宇宙大爆炸”）生成元素氢，再通过核合成过程（如恒星内部核合成、超新星爆发核合成等）生成其他元素。元素的原子在恒星表面或星际空间结合形成分子。这些分子在行星系中将循两条路线继续演化：分子凝聚为尘埃，尘埃聚集而成星子，进而形成行星等天体；一些含碳、氮、氧、氢等元素的分子在星际云中生成后，通过生命前的化学演化生成复杂分子，在地球上（还可能在其他行星系的行星上）生成氨基酸、蛋白质，之后导致生命的出现。恒星的一生不断地向星际空间抛射物质，之后瓦解为星际云；反过来，星际云又通过漫长过程凝聚而形成各种恒星。

人类对宇宙物质化学的认识，经历了几个阶段。

早期，人们是公元前七世纪)，用五行（金、木、水、 火、 土）来说明万物的组成，用“阳气”和“阴气”解释自然界的各种变化。古希腊人在公元前四世纪认为水、空气、火和土是构成万物的四种基本元素。

十九世纪初，人们对地球上的矿物和岩石等物质进行大量的化学分析。1833年，瑞典化学家柏济利乌斯对陨石进行化学分析，第一次测定了地球外宇宙物质的化学组成。1858年，化学家本生和物理学家基尔霍夫一起研究太阳光谱；1859年，基尔霍夫成功地解释了太阳光谱中夫琅和费线（即吸收线）产生的原因，第一次证认了太阳（恒星）的化学组成。宇宙化学的一种重要观测方法──光谱分析从此诞生。

二十世纪五十年代以来，随着大气外观测的发展，频谱分析波段由可见光扩展到射电波、红外线、紫外线、X射线、γ射线。六十年代，人们在星际空间发现星际分子，直接登月采集岩石标本。七十年代，又把分析仪器送上火星。宇宙化学的研究手段日益增多，研究内容不断丰富。

宇宙化学根据天体层次和研究方法分为几个方面：

（1）陨石化学：研究各种陨石的化学组成。研究表明，碳质球粒陨石在太阳系漫长的演化过程中，发生的物理、化学变化小，可视为原始太阳系物质的“化石”。

（2）行星系化学：研究行星（包括地球）、卫星、小行星、流星体、彗星以及行星际物质的化学组成和化学演化。

（3）恒星化学：研究恒星的化学组成及其化学演化。太阳是离我们最近的一颗恒星，又占太阳系总质量的99.86％，所以太阳化学对于研究恒星和太阳系具有重要意义。

（4）星际化学：主要观测和证认星际分子，研究它们的形成和瓦解。

（5）同位素宇宙化学：测定不同宇宙物质的同位素组成，研究化学元素的起源和演化，认识天体物质的来源和形成环境，探讨各种高能、低能过程。测定放射性同位素组成以确定天体（或宇宙物质）的年龄，是同位素年代学的任务。

（6）宇宙线核化学：测定宇宙线中化学元素核组成，推测宇宙线传播过程中的介质和宇宙线源的化学组成。

研究化学元素的起源既同恒星的形成和演化密切相关，也同大爆炸宇宙学有关。观测银河系中不同物质（如氢原子、一氧化碳等）的分布，可以揭示银河系的结构和演化。太阳系起源和演化的学说必须考虑太阳系化学研究的结果，这就是一方面要利用已获得的有关太阳系化学组成的知识，另一方面又必须能解释太阳系的化学组成。宇宙化学的研究对化学的发展也有重要意义，如氦元素就是首先从太阳上发现，后来才在地球上找到的。宇宙物质处于地球上难以模拟的状态，这就为化学研究提供了特殊的“实验室”。对星际物质和彗星中有机分子的观测，以及对陨石中有机分子的研究，既推动了生命起源的探索，也推动了宇宙化学的发展。

参考书目

A.G.W.Cameron，Cosmochemistry，D.Reidel Publ.Co.，Boston，1973.

小沼直樹：《宇宙化学》，講談社，東京，1972。

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