99%的硫在宇宙中隱秘遁形？一臺模擬機在冰點之下破譯了失蹤案

德國加爾興的馬普地外物理研究所里，一臺計算機正用肉眼追不上的速度跑完數千次微縮宇宙實驗。屏幕上跳動的數字并不炫目，但坐在前面的天體化學家可能正盯著一道冷颼颼的謎題：宇宙里本該遍地都是的硫，在恒星真正的搖籃——致密冷分子云中，有99%憑空蒸發了。

2025年5月，《天文學與天體物理學》刊登的一項新研究，首次用一套全新的計算機模擬模型，把這個“硫失蹤案”的線索壓到了冰層的最底層，順帶還刷出了一個讓論文作者自己都興奮的“第一次”。

你對硫的印象可能還停留在火山口的臭雞蛋味或者老式火柴頭，但在宇宙這口大鍋里，它是從氨基酸到行星核心都繞不開的“剛需元素”。更氣人的是，它一點也不稀有——按恒星聚變產出表，硫在宇宙的批發清單上很靠前。當天文學家把望遠鏡對準一種叫“彌散星際云”的區域時，硫的豐度與理論預期吻合得像用游標卡尺量過。

彌散云是星際空間里稀薄到幾乎透明的氣體，星光可以輕松穿透，無論什么元素，只要在那里，分光儀基本都能逮個正著。可一旦視線轉到致密冷分子云——那些即將坍縮、點燃、孵化出恒星和行星系統的宇宙子宮，光譜里本該出現的硫特征線就像被整整齊齊地擦去了一樣，消失比例高達99%。

這好比你在鬧市區數自行車，一回頭進了地下車庫，發現九成九的車沒了，而墻壁完好無損，完全不像遭過大盜。天文學家起初以為是儀器沒看清楚，但幾十年來從射電波到紅外線換了個遍，結果都一樣：硫就那樣藏起來了，用一種當時沒人能破解的方式。圈內把這個現象稱為“缺失硫問題”。它之所以不是輕飄飄的談資，是因為如果連硫這種宇宙級大宗商品都搞不定，那建立在其上的整個星球化學模型——從小行星有機分子形成到生命前體物質在星際空間的播種——都會在底層邏輯上打寒顫。

過去幾十年，最受追捧的線索指向一個挺簡單的假設：硫并沒有真的跑掉，而是“凍”在了微小塵埃表面的冰層里，以一種現有手段很難喚醒的信號形態沉睡，也就是它把自己偽裝成了透明。這個假設雖然順口，但要把它從“聽著像那么回事”升級為“有數據撐腰的科學解釋”，就必須在實驗室里模擬出星際冰的物理化學環境，證明硫真的會在類似條件下“隱身”。

有人決定動手，而動手的結果，直接成了這次馬普地外物理研究所與西班牙天體生物學中心聯合團隊計算機模擬的靶子。他們要模擬的是2024年一場精密實驗：把二氧化碳和二硫化碳混合氣體放進能凍到開爾文溫標的極寒腔體，降溫到10K（約零下263攝氏度），再用真空紫外光子轟擊混合冰。那些光子不是隨便選的，它們在星際空間本就來自鄰近的大質量恒星或宇宙射線激發的熒光，是驅動分子云內部化學反應的無形推手。實驗中，光子像拆彈部隊一樣把穩定分子炸成碎片，碎片在極冷的冰面上重新排列組合，生成了一鍋含硫化合物的亂燉——二氧化硫、羰基硫，甚至純硫原子串成的鏈狀同素異形體，仿佛一個個硫原子手拉手組成了越來越長的分子項鏈。

更耐人尋味的是，就在那些五花八門的新分子冒出來時，儀器記錄到的總硫量卻詭異地下降了，相當一部分硫從光譜視野中“人間蒸發”。實驗團隊據此推測，消失的硫很可能鎖在了那些越來越長的純硫原子鏈里。長鏈硫分子結構對稱，自身沒有足夠強的偶極矩讓紅外或微波波段感受到明顯躍遷，對盯慣了極性分子的探測器來說，簡直就是披上了隱身斗篷的慣犯。換句話說，硫沒有失蹤，它只是把自己打包成了檢測器讀不出的沉默長鏈。

這次模擬任務正是要驗證：如果把這個假設輸入計算機，讓它在法則下自由演化，它能不能如實重現實驗室里看到的每一幀化學反應畫面。對于外界而言，“計算機模擬”四個字可能已經聽覺疲勞，但他們用的模擬器和玩法配得上一個“首次”的標簽。整個模擬框架構建在pyRate上，這是一個基于Python語言的化學動力學應用程序，專門計算不同相態——特別是冰和氣體之間——的化學物質如何互動、轉化與交換。如果把星際冰面想象成一座24小時不打烊的分子大賣場，pyRate就是在后臺默默記錄每一筆交易、每一次進出庫、每一次重組事件的超級賬本。

他們這次做的事情極為特別：用速率方程的方法，模擬一個多組分星際冰類似物的完整化學演化過程。此前，速率方程模型雖在氣相等簡單體系中大殺四方，但一碰到多組分冰，就在復雜性和非線性面前屢屢啞火。因此，當團隊真的跑通了整套模擬，而且輸出結果與2024年實驗室數據高度吻合的那一刻，他們不但為“硫藏于冰”的假說鑿出了第一塊數字基石，更第一次把多組分冰的速率方程推到了與實驗握手言和的邊界，為未來的星際化學研究打開了一扇可以穿過的窄門。