太陽系裏總有壹些家夥在打雪仗。每隔壹段時間，柯伊伯帶和奧爾特雲就會把壹些星系雪球扔進內太陽系——46億年前太陽系的殘余，也就是我們熟知的彗星。
當這些彗星接近太陽時，許多彗星的頭部會變成光芒四射的綠色，當它們接近太陽時，會變得更加明亮。彗星總是有壹兩條尾巴，這也是彗星“掃帚星”綽號的由來。然而彗星從來不會把頭發染成綠色，這種顏色在到達尾巴之前就消失了。
雙原子碳帶來的“壹根綠毛”
彗星對染發的偏好困擾了研究人員近壹個世紀。早在上個世紀，我們就知道了彗星頭部綠色的來源——雙原子碳，它是由兩個碳原子粘在壹起組成的。它是富勒烯在化工生產中的中間產物，性質很不穩定。只能在宇宙中的恒星大氣、彗星、星際物質等極其高能低氧的環境中才能找到。
要知道，彗星本身是不會發光的，但是當彗星接近太陽並開始升溫時，由冰、塵埃和巖石組成的彗核就會受熱升華，釋放出揮發性氣體和部分塵埃，形成不穩定的大氣，也就是彗發。彗發中的塵埃會反射太陽光，壹些分子在太陽光中會發生復雜的分解反應，會光電離生成離子物質，因此它們的電子會在激發態和基態之間反復跳躍，不斷輻射出相應頻率的光。彗發在陽光和太陽風的壓力下被吹走，並會在遠離太陽的方向上進壹步拉長，形成彗尾。
由於離子本身受太陽風的影響要比塵埃強烈得多，所以彗星尾部的離子部分總是指向背向太陽的方向，而塵埃部分則會被拖向彗星的軌道方向。當兩個方向不壹致時，彗星就會有兩條尾巴。
在彗星接近太陽之前，雙原子碳並不存在。最初生活在冰核上的有機物質在接近太陽時升華成彗發。陽光將這些有機分子分解，產生雙原子碳，雙原子碳中的電子被激發發出綠光，這是帶有這些有機物質的彗星的壹根“綠毛”。然而奇怪的是，綠色僅限於彗發，並沒有延伸到尾部。
模擬實驗找到了“染發偏好”的原因
早在20世紀30年代，物理學家格哈德·赫茲伯格(gerhard herzberg)就推測，這種現象可能是陽光對雙原子碳結構的進壹步破壞造成的。這是因為雙原子碳本身就是壹種極其活躍的分子結構，在“危險”的太陽風中可能撐不了壹會兒。
隨著彗星越來越靠近太陽，陽光會首先分解彗星中的有機分子，生成雙原子碳，這個過程稱為光解，但隨後這些雙原子碳分子會繼續被紫外線分解。太陽風中的極紫外輻射保證了光解離過程中產生的雙原子碳在離開核之前被完全破壞，導致彗發的綠色部分收縮變亮，也保證了綠光不會擴散到尾部。
因為雙原子碳本身極不穩定，所以很難設計實驗來檢驗赫茲伯格的理論。然而，澳大利亞新南威爾士大學的化學研究團隊仍然找到了在實驗室測試這種化學結構的方法，並取得了進展。"我們已經證明了雙原子碳結構被陽光分解的機理."這項研究的負責人蒂莫西·施密特說。
為了設計探索雙原子碳分解奧秘的實驗，研究團隊需要在地球上可控的環境中實現太空中的化學過程。"首先，我們必須制造這種活性太強而無法儲存的分子."施密特說，“畢竟它不是可以從超市買到的商品。”
研究人員選擇從另壹種更大的分子全氯乙烯中獲得雙原子碳，用大功率紫外激光轟擊其中的氯原子，使雙原子碳被剝離。然後，這些新制造的雙原子碳分子將被送入壹個長約2米的真空室內，兩束紫外激光將對準真空室內的雙原子碳，將其摧毀。紫外線會撕裂雙原子碳分子，把其中的碳原子送到真空室末端的速度檢測器。通過分析這些原子的速度，研究小組可以測量雙原子碳中化學鍵的強度，精確度約為0.005%，可以與太陽風中的紫外線強度相比較。因為紫外線本身是不可見的，所以實驗本身的設計和安排是非常困難的。施密特的研究團隊花了9個月的時間進行了第壹次觀察，但幸運的是，他們最終解決了這個存在了90多年的難題。
太陽系中已知的彗星大約有3700顆，未知的彗星可能有數十億顆。它們對地球的影響可能比許多人想象的更重要。畢竟生命起源的理論之壹就是彗星可能把最古老的生命，或者說生命的基石——復雜的有機物送到了地球。現在，這顆彗星失蹤的綠色尾巴之謎終於被解開了，但更多關於這顆彗星的謎團仍亟待解開。也許時間會告訴我們更多關於彗星的真相。
(作者是國家天文臺星系宇宙學組大師，文章來自中國國家天文學微信官方賬號。)