과학 이야기

太陽系位於銀河系獵戶臂，由一顆恆星（太陽）、八大行星（水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星）、五顆矮行星（冥王星、厄里斯、妊神星、鳥神星、穀神星）、二十顆大型衛星及約一百三十萬顆小行星組成。範圍約為太陽向外延伸0.8至2光年。 起源 - 約於46億年前形成，源自經歷超新星爆炸的星雲（因為其中存在比鐵更重的元素）。太陽系的起源有多種說法，如星雲說、渦流說、潮汐說、微行星吸積說等。 假說天體 - 水星撞擊體：與水星相撞，導致水星表面大部分區域被剝離的天體。 - 忒伊亞（Theia）：一顆大小約與火星相當的類地行星，是巨大撞擊假說的核心天體。據推測，約在45億年前與原初地球相撞，其碎片形成了月球，實際上確實存在。 - 天王星撞擊體：一顆大小為地球兩倍的行星，與天王星相撞，導致天王星的自轉軸傾斜了97°。 鬩神星（Quaoar）是一顆非官方的矮行星。

鈦是原子序為22的元素，屬於週期表中的第4族，是一種過渡金屬。它呈現銀灰色，質輕且強度高，因此相對於其重量來說非常堅固。此外，其表面會形成緻密的氧化膜，耐腐蝕性強，並且在髙溫下也具有相對穩定的性質。由於這些特性，它被廣泛應用於航空器與太空船的結構材料、汽車零件、醫療植入物、運動器材等多種領域。鈦比鐵更輕、更強韌，且耐腐蝕，但其提煉與加工成本高昂，因此在一般結構材料上的應用受到限制。鈦的代表性化合物二氧化鈦，因呈現白色且能良好地散射光線，故被廣泛用作油漆、塑膠、紙張等的白色顏料。在宇宙中，鈦是透過恆星核合成與超新星爆炸等過程產生的，分析鈦的同位素分佈有助於研究恆星的演化以及超新星中發生的核反應。

鈧（Scandium）是原子序為21的元素，屬於週期表中的第3族，是一種過渡金屬。它呈現銀白色，是一種相對輕巧但堅硬的金屬，在自然界中以與其他元素結合的礦物形式存在。鈧在地殼中廣泛分佈，但富含鈧的礦床卻很稀少，因此難以大量獲取。與鋁合金化後，可以提高強度和耐熱性，且重量不會顯著增加，因此被應用於航空太空工業和運動器材等領域。此外，鈧的化合物也用於特殊照明，而鈧-46則作為放射性示蹤劑，在研究和工業領域中被使用。在宇宙中，鈧是在恆星的核合成過程中產生的，透過分析恆星光譜中的鈧豐度，有助於研究恆星的化學組成和演化過程。特別是，鈧在研究恆星形成環境和金屬元素分佈的天體物理學中，也提供了重要的線索。

鈣是原子序為20的元素，在週期表中屬於第2族的鹼土金屬。它是一種銀白色的金屬，相對較輕且反應性高，因此在自然界中，它通常以碳酸鈣和矽酸鈣等化合物的形式存在，而非純粹的狀態。碳酸鈣是石灰石、大理石、貝殼和蛋殼的主要成分，是鈣的代表性化合物。鈣是生命體必需的元素，對於維持包括人類在內的動物骨骼和牙齒的堅固至關重要，並參與肌肉收縮、神經信號傳導、血液凝固等多種生理功能。在植物中，它也扮演著構成細胞壁、調節細胞生長和信號傳導的重要角色。在工業上，鈣化合物廣泛應用於水泥和石灰的製造、鋼鐵生產以及土壤改良等方面。在宇宙中，鈣是在恆星內部的核融合過程中產生的，特別是在氦核融合過程中，與碳和氧的生成同時，像鈣這樣更重的元素也透過多種核合成過程形成。超新星爆發是將這些元素擴散到宇宙空間的重要過程。

卡爾·威廉·舍勒（Carl Wilhelm Scheele, 1742–1786）是瑞典的藥劑師兼化學家，他有個習慣，就是在實驗中發現新物質時會聞其氣味，甚至品嚐其味道。他發現了許多元素，而他品嚐所發現元素的習慣，最終導致他在發現砷化合物——砷化氫（arsine）後離世。 砷會同時干擾細胞產生能量和蛋白質運作過程中的多個環節。 其中，**三價砷（As³⁺, 亞砷酸鹽）**會與蛋白質中含硫的部分，特別是-SH（硫醇）基產生強烈結合。結果導致丙酮酸脫氫酶等重要酵素無法正常運作，損害細胞的能量代謝。 因此，過去砷化合物曾被用於毒殺。特別是**三氧化二砷（As₂O₃）**，在歷史上惡名昭彰。

鉀是原子序為19的元素，在週期表中屬於第1族的鹼金屬。它是一種銀白色、非常輕且柔軟的金屬，反應性很高，因此在自然界中，它通常以氯化鉀或矽酸鹽等化合物的形式存在，而非純金屬狀態。它與水反應會產生熱量和氫氣，並且在空氣中也容易氧化，因此儲存時需要特別注意。在生物體內，鉀以鉀離子的形式大量存在於細胞中，與鈉離子一同在神經細胞的電信號傳遞、維持肌肉正常活動以及細胞內外水分和離子平衡方面扮演著重要角色。由於鉀也是植物必需的營養元素，因此鉀化合物被用作肥料的主要成分。在工業上，鉀化合物也用於製造玻璃、肥皂和化學品等。鉀的放射性同位素鉀-40自然存在並會發生放射性衰變，利用這一點開發出了用於測定岩石和礦物年代的鉀-氬定年法。

氬氣是原子序為18的元素，屬於週期表中的第18族，是一種惰性氣體。在常溫下以無色無味的氣體形式存在，由於電子配置穩定，幾乎不與其他元素反應，具有極高的化學穩定性。在地球大氣中約佔0.93%，是繼氮氣和氧氣之後含量最多的氣體之一。大氣中的大部分氬氣據知是由鉀-40的放射性衰變產生的。由於氬氣的反應性低，因此在電弧銲接中用作保護氣體，以防止金屬與氧氣反應，同時也應用於白熾燈泡和部分半導體製造過程中。液態氬氣的沸點約為-186℃，可用於低溫實驗以及粒子偵測器的冷卻和偵測介質。在宇宙中，氬氣是在恆星的核合成過程中產生的，特別是在大質量恆星的演化和超新星爆發過程中形成。分析氬氣的同位素及其存在比例，有助於研究恆星的核反應和行星的形成過程。