太空中失踪的硫，可能被“粘”在了尘埃上

清点宇宙中的硫，会发现每10万个氢原子对应约1.2个硫原子。然而在分子云——寒冷而致密的恒星摇篮——中，望远镜探测到的含硫分子加起来还不到这一总量的5%。这个由来已久的谜题被称为**“硫缺失”问题**。

大多数天体化学家怀疑，其余的硫以固态形式锁在尘埃颗粒上。候选形式包括铁和镁的硫化物——在陨石中以及从小行星龙宫和贝努带回的样品中都有发现——还有盐类，或S₈之类的纯硫形态，这些几乎不可能从远处看到。教科书上的路径，即硫在颗粒上转化为硫化氢，与观测结果相矛盾：固态硫化氢十分稀少。计算预测，硫原子应该会与硅酸盐尘埃强烈结合。但还没有人在实验室里以真实的、极微小的量进行过验证。

观察冷尘埃上的单个原子

北海道大学的Ni-En Sie及其同事，与广岛大学、马德里的西班牙国家研究委员会（CSIC）和日本理化学研究所（RIKEN）的合作者一起，在一个超高真空室中开展工作，其中的表面被冷却到10开尔文。表面覆盖着一层500纳米厚的非晶硅酸镁薄膜，用来模拟星际尘埃，有时还盖上一层水冰。

他们沉积了极少量的硫化氢——仅为单个分子层的0.25%——并用紫外激光把它打散，留下裸露的硫原子。接着用上了关键工具：一束激光脉冲轻轻地将原子从表面打出，另一束只电离硫，这样团队就能直接清点表面上的硫原子，以其原本的状态。此前的实验无法做到这一点。

不肯离开的原子

每个样品都被加热到180开尔文——此时所有水冰都已蒸发——然后清点剩余的原子。

• 在裸露的硅酸盐上，一半的硫原子留了下来（比例为0.50 ± 0.13）。此后，在反复加热到室温的过程中，它们的信号保持不变：硫与硅酸盐形成了化学键，而不只是停留在上面。
• 随着表面升温，一些原子结合成了S₂分子——这是首个实验证据，表明即使只有寥寥几个原子，硫也会在硅酸盐上形成团簇。
• 硫本身几乎不会蒸发；损失的部分主要是在冰升华时随水一起离开的。
• 沉积在冰面上的原子到150开尔文时就从表面信号中消失了，随后在水离开时于160开尔文重新出现：它们钻透了冰层，附着到了下方的硅酸盐上。

左：覆盖冰层的硅酸盐上的硫原子在约150 K时从表面信号中消失，随后在冰离开时于160 K重新出现。右：加热一个经紫外辐照的样品时释放的气体。——图6，Sie等（2026），arXiv:2609.37663。

量子化学计算给出，一个硫原子在硅酸盐颗粒的镁位点上的结合能约为9,700开尔文，并表明在颗粒上把这些硫转化为硫化氢是不利的。

一个隐藏的储库，以及一项检验

随后，团队将这些结果代入一个稀薄云团演变为致密云团的模型。硫离子在几百年内被中和并粘附到颗粒上。在冰覆盖颗粒之前，**所有硫的10%至20%**最终与颗粒形成化学结合——比此前估计的颗粒锁定硫多出两到四倍。一旦结合，即使冰消失后，它也依然不可见。

该模型假设所有颗粒都是硅酸盐，其数值取决于尚不清楚的表面性质。但它做出了一个可检验的预测：在激波将尘埃加热到足够程度的地方，这些隐藏的硫应当会被释放出来——作者提议用詹姆斯·韦布空间望远镜去寻找这一现象。