▲SOFIA在NGC 7027中发现氦合氢离子示意图。氦原子为红色，氢离子（质子）为蓝色。NASA / SOFIA / L. Proudfit / D.Rutter

如果有人问道：宇宙中发生的第一个化学反应的产物是什么？

相信就算是学过多年化学的人，大多都会瞬间一脸懵：这个问题有点难啊？化学老师好像没教过啊？

答不上来没关系。

其实，这不赖化学老师，长期以来，连科学家们都不知道这个产物究竟藏在宇宙中的什么地方。

但毕竟挂着“第一”的名号，这个产物尤为重要，因此，天文学家们花了几十年的时间，在茫茫宇宙中孜孜不倦地寻找着它的身影，直到最近，他们终于如愿以偿！

2019年4月17日，一个研究小组在《自然》（Nature）上发表论文宣布，他们在行星状星云NGC 7027中探测到氦合氢离子（HeH+）。这是人们第一次在现代宇宙中探测到这种离子，而它，就是名副其实的宇宙中第一个化学反应的产物。

现代宇宙是从无到有，从简单到复杂，一步步逐渐形成的。宇宙大爆炸后不久，炽热的宇宙中基本上只有氢和氦两种元素，且它们还都是简单的原子和离子状态。

随着宇宙的膨胀，物质逐渐冷却。大约10万年后，情况发生了变化。原子和原子开始结合在一起形成分子。分子的出现是现代宇宙结构成型的重要一步。

▲行星状星云NGC 7027。H. Bond (STScI) / NASA / ESA

科学家认为，实际上是氦合氢离子诱发了氢分子的出现。氢分子的出现导致星云坍缩成恒星成为可能。而恒星的出现，则标志着多姿多彩的现代宇宙开始形成。但是天文学家一直没能在宇宙中找到这种结构。

▲行星状星云NGC 7027。William B. Latter (SIRTF Science Center / Caltech) / NASA / ESA

找不到氦合氢离子一方面是因为氦是一种惰性元素，很难和其他原子结合在一起。即便是在实验室里也不容易合成。另一方面，虽然人们相信在宇宙中的某些行星状星云的内部可能存在氦合氢离子——那里有充足的紫外线，以及大量被垂死恒星喷出来的物质——但是这些氦合氢离子是和许多其他物质混合在一起的，难以区分。

缺少“第一种分子”在自然中存在的证据，让天文学家一直以来都略感尴尬。于是在2016年，人们把希望寄托在了NASA和德国宇航中心的一个合作项目——“同温层红外天文台”（SOFIA）身上。

SOFIA和一般的天文台或太空望远镜不同，它实际上是一架飞机，一架经过改装的波音747飞机。

这架飞机上安装了一台106英寸口径的望远镜，能够在45000英尺高的同温层（平流层）中飞行。在同温层中进行观测有一个好处，即能够排除大气的干扰。而且，作为一架能够随时返回地面的飞机，其搭载的设备可以方便地进行加装、更换和升级。这个优点，是连太空望远镜也没有的。

SOFIA最新加装的一台由德国提供的名为GREAT的设备，具有独特的氦合氢离子检测能力。它就像一台收音机，可以收听到宇宙中氦合氢离子产生的特有频率。最终，人们在距离地球约3000光年远的行星状星云NGC 7027中，发现了“第一种分子”的存在。

氦合氢离子的发现，是人类认识宇宙演化过程中的重要一环。它表明，在太空环境中，氦合氢离子可以存在。但是很明显，就像我们在阅读这个故事的过程中所体会到的那样，未来科学家还有更多的事要做，有更多的疑问要去解答。

▲SOFIA同温层红外天文台。NASA photo / Jim Ross

▲SOFIA同温层红外天文台的望远镜。Carla Thomas / NASA

编辑：沈湫莎

责任编辑：任荃

来源：综合自星空天文、我是科学家等