How big is 巴基球?
1 nanómetro!
巴基球是由 60 个碳原子构成的一种分子，这些碳原子连接成一个封闭的球形笼状结构，图案与足球相同。它的全名是巴克明斯特富勒烯，化学式为 C60。以固态中相邻巴基球分子中心之间的距离来测量，它的宽度约为 1 纳米。1 纳米是十亿分之一米。
大小
这 60 个碳原子分布在中空笼状结构的表面。发现者后来还找到了内部包裹着金属原子的碳笼分子。碳原子笼本身的宽度为 0.71 纳米。
分子没有明确的边界，因为原子周围的电子云会延伸到原子中心之外。因此，每个巴基球分子所占的空间都大于它的原子笼本身。在固态 C60 晶体中，相邻分子中心之间的距离为 1.0 纳米。本站给出的 1 纳米正是这一间距。
这个笼状结构有 20 个六边形面和 12 个五边形面。足球的拼接图案与此相同。美国建筑师 R·巴克明斯特·富勒为 1967 年蒙特利尔世界博览会设计的测地线穹顶也采用了同样的图案，这种分子正是以他的名字命名的。
大小比较
- 约 8 万–10 万个巴基球分子并排排列，宽度就相当于一根人类头发，其宽度为 0.08–0.1 毫米。
- 足球的宽度约为巴基球的 2.2 亿倍。若按同样倍数放大，一个足球会变成约 4.8 万千米宽，接近地球宽度的四倍。
- 两个铯原子并排排列，宽度大约相当于一个巴基球；铯是已知最大的原子之一。
巴基球的发现
罗伯特·科尔、哈罗德·克罗托和理查德·斯莫利于 1985 年发现了巴基球，参与研究的还有研究生 J·R·希思和 S·C·奥布赖恩。他们用强激光脉冲照射碳表面，再将释放出的碳原子与氦气流混合。这些原子聚集成团簇，其中以 60 个原子构成的团簇最为常见。这种稳定性暗示了一种高度对称的结构。
1990 年，物理学家 W·克雷奇默和 D·R·赫夫曼成功制造出足够多、可供收集的 C60。对它的研究证实了这种球形结构。科尔、克罗托和斯莫利因发现富勒烯——巴基球所属的封闭碳笼分子家族——共同获得了 1996 年诺贝尔化学奖。
太空中的巴基球
克罗托参与这项实验，是为了了解他在富碳巨星大气层中发现的链状碳分子可能是如何形成的。发现巴基球后不久，科学家们就提出，这类恒星周围可能漂浮着巴基球。2010 年，NASA 的斯皮策空间望远镜首次在太空中发现了令人信服的巴基球存在证据。
斯皮策望远镜在 Tc 1（一颗垂死恒星抛出的物质云）中发现了巴基球。这颗恒星曾经与太阳相似，但随着老化，它抛出了自己的外层物质。天文学家认为，巴基球就是在这些抛出的碳层中形成的。
参考资料
- Press release: The Nobel Prize in Chemistry 1996. Royal Swedish Academy of Sciences, 1996.
- Raman Spectroscopy of Fullerenes: From C60 to Functionalized Derivatives. Qin et al., Molecules, 2025.
- Thermally Activated Sliding of C60 on Gold. Pierno et al., ACS Omega, 2025.
- Strain-Relief Patterns and Kagome Lattice in Self-Assembled C60 Thin Films Grown on Cd(0001). Wang et al., International Journal of Molecular Sciences, 2021.
- Space Balls (Artist's Concept). NASA Jet Propulsion Laboratory, 2010.
- Law 2: The Ball. International Football Association Board.
- Earth Fact Sheet. NASA, 2024.
- Cesium. PubChem, National Library of Medicine.
- Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.