繪圖：Alison Mackey and William Zubak

來歷：舉世科學ScientificAmerican

下面這個問題或許能難倒你朋友圈中最懂科學的朋友：世界中最強的酸是什么？提示，這種酸乃至活潑到無法經過pH值來衡量其酸性。再試試這個問題：比水分子和氫分子更早呈現，世界中榜首個化學反響的產品是什么？

這兩個問題的答案是同一種物質——氦合氫離子（HeH+）。布魯塞爾自在大學的Jerome Loreau稱它是“奧秘的分子”（更切當地說，是“奧秘的離子”，由于它帶有一個正電荷）。化學教師大約教過你，稀有氣體氦不會和任何物質反響。但事實證明，至少在某些條件下，教師說的徹底不對。氦合氫離子很難取得，雖然它的誕生標記了世界演化的重要轉折點，卻不曾被大多數天文學家耳聞。它是化學誕生的榜首步，也是恒星、行星與生命誕生的起點。

這讓我想到了關于氦合氫離子最奧秘的一點。“咱們調查不到它，”Loreau小心謹慎地說道，“在某種意義上，它們在世界中是隱形的。”

不只是是HeH+，其他世界中的榜首代分子都是研討者看不到的。這些丟失的碎片組成了世界前史中一度被抹去的華章。那是一個重要的時期，它有一個恰如其分的姓名：“漆黑年代”（the Dark Ages）。

黑私自的反響器

大爆破后，在極端時間短的時間內，世界中充滿了極為細密的高溫物質和高能輻射。世界快速脹大，一起溫度不斷下降。38萬年后，當世界溫度降到4000K，質子和電子可以結合成為氫原子。和此前污濁的“粒子湯”不同，氫原子內部有很多的空地，可以讓輻射在漆黑的世界中初步相對自在地穿行。

這些輻射的遺址現在仍能容易觀測到，這就是無處不在的世界微波布景輻射（CMB）。另一方面，物質初步變得不行見。直到幾億年后，世界的現象才再次被天文學家觀測到。這時的世界中，現已呈現很多老練的原始星系。

中心的幾億年里發生了什么？沒錯，那是一段“漆黑年代”。

雖然咱們無法直接看見“漆黑年代”，卻能從種種蛛絲馬跡中估測那時的世界。大爆破理論精確地描繪了世界初期的元素構成：氫、氦、氘（重氫）以及痕量的鋰。這就是遠古世界的悉數。至于其時發生了什么？當世界冷卻到可以構成氫原子時，這些元素也初步相互作用并鍵結成為分子。咱們可以以為，就在世界進入“漆黑年代”的那一刻，化學誕生了。

 氦合氫離子的結構

“開始的化學反響十分簡略，世界就是一個極端潔凈的化學實驗室。”佐治亞大學的 Phillip Stancil說道。他和Loreau相同以HeH+為研討目標，但也著眼于更多前期世界中不斷改變的化合物組成上。

Phillip要處理的問題是，咱們怎么斷定HeH+是世界中榜首個原子組合。HeH+由氦原子和質子構成，這個結構中的暴露質子，使HeH+成為十分強的酸，可以結合任何與它磕碰的物質。一旦HeH+構成，就會觸發榜首個氫分子的構成；很快會呈現其他的原子組合，比方LiHe和H3+，這兩種微粒都十分不安穩，因而不能在自然界中存在。

看見恒星

在黑私自，化學的誕生正引發一場革新。

原子態的氫有一個共同的性質：假如你令一片由很多氫原子構成的星云坍縮，它會變得越來越熱，直到原子熱運動足以平衡坍縮的趨勢。終究你得到了一片較小的，沒有什么結構可言的星云。一個只是由氫原子組成的世界是何其單調無味。

但氦合氫離子的呈現帶來了風趣的改變。緊接著榜首個氫分子發生，現代世界的組成得以在此基礎上發展起來。Satncil解說說：“對分子來說有新的機制能在坍縮期間開釋能量。”分子向外輻射能量，因而星云能進一步冷卻并持續坍縮。雖然氫分子不是最佳的“冷卻劑”，但滿足讓百萬倍太陽質量的星云自發完結引力坍縮。這些星云后來演化成為開始的恒星。數十萬年乃至百萬年后，漆黑逐步被照亮。

靜待升空的詹姆斯·韋伯空間望遠鏡或許能找到世界中最早的分子。

榜首代恒星個頭過大，極不安穩。它們經過內部的核反響敏捷構成更重的元素，然后以劇烈的超新星爆破完畢時間短的終身。在爆破進程中，碳、氧和硅元素散播至周圍的星云，并將世界的化學引進第二個階段。兩種新化合物——水和一氧化碳呈現，它們大幅進步星云冷卻的功率，催生出數量巨大的更小的恒星。飄散的星塵顆粒組成了星體的固態外表，催生了更雜亂的化學進程。終究，氫和氦的組合退出了前史舞臺，讓坐落世界中的燦爛星系。

在呈現榜首束光的年代，還存在一些更令人注目的工作。哈佛大學的Avi Loeb指出，這時世界全體溫度為大約300K（約27攝氏度），這意味著整個世界都處于合適生物生計的環境。

一起，那些爆破的恒星都在開釋碳、氧、氮、磷等構成生命的根本元素。Loeb將每顆爆破的恒星描述成一個孵化母體，它在周圍開釋一連串包括重要元素的“氣泡”。他很獵奇，“漆黑年代”的完畢是否也是世界中生命的初步。

智力的射電望遠鏡陣列ALMA

時間短的人類壽數看不盡綿長世界史的一瞬。走運的是，一些閱歷了“漆黑年代”的原始化合物保留了下來。相關化學核算標明，咱們應該能在悠遠星系和超新星周圍的星云中找到HeH+，乃至內行星狀星云中也有或許。（行星狀星云是恒星演化至紅巨星晚期，氣體殼層向外脹大并被電離后構成的發射星云）。可是至今，尋覓HeH+的盡力還沒有得到報答。

“還沒有調查到，但并不意味它不在那里，”Stancil說，“它或許剛好低于檢測極限。”他例子說，天文學家直到20世紀90年代才發現重要的分子H3 +，“由于咱們的確不知道應該看向哪里。”

至于HeH+，Stancil寄希望于兩個新設備：智利的射電望遠鏡陣列ALMA和哈勃望遠鏡的接任者——沒有發射的詹姆斯·韋伯空間望遠鏡。它們的靈敏度雖不足以觀測到榜首代恒星，可是經過這些恒星構成的星團亮光，或許可以看到被照亮的世界前期分子。