How big is 巴克球?

巴克球是由60個碳原子組成的封閉球形籠狀分子，排列方式與足球相同。它的全名是巴克明斯特富勒烯，化學式為C₆₀。以固態中相鄰巴克球之間的中心距離來測量，它的寬度大約是1奈米。奈米是公尺的十億分之一。

大小

這60個碳原子分布在中空籠狀結構的表面。發現者後來又找到了內部包著金屬原子的碳籠分子。碳原子籠本身的寬度是0.71奈米。

分子沒有明確的邊界，因為原子周圍的電子會延伸到原子中心之外，所以每個巴克球所占的空間都比它的原子籠更大。在固態C₆₀晶體中，相鄰分子的中心相距1.0奈米，本站採用的1奈米正是這個間距。

這個籠狀結構有20個六邊形面和12個五邊形面，足球的拼接方式也是如此，美國建築師巴克明斯特·富勒（R. Buckminster Fuller）為1967年蒙特婁世界博覽會設計的網格穹頂同樣採用這種圖案，這個分子也因此以他命名。

大小比較

• 大約8萬到10萬個巴克球並排排列，寬度會相當於一根人類頭髮，也就是0.08到0.1公釐寬。
• 一顆足球的寬度大約是巴克球的2.2億倍。如果把足球放大同樣的倍數，寬度會變成大約4.8萬公里，幾乎是地球寬度的4倍。
• 兩顆銫原子並排排列的寬度，就相當於一顆巴克球；銫原子是已知最大的原子之一。

巴克球的發現過程

Robert Curl、Harold Kroto和Richard Smalley於1985年發現了巴克球，協助他們的研究生是J. R. Heath和S. C. O'Brien。他們以強力雷射脈衝照射碳表面，再把釋放出的碳原子與氦氣混合。這些原子聚集成團簇，其中以60個原子組成的團簇最為常見，這種穩定性顯示，它的形狀具有高度對稱性。

1990年，物理學家W. Krätschmer和D. R. Huffman成功製造出足量的C₆₀，得以進行採集研究，這項研究證實了球形結構的存在。Curl、Kroto和Smalley三人因發現富勒烯——巴克球所屬的封閉碳籠家族——共同獲得1996年諾貝爾化學獎。

太空中的巴克球

Kroto加入這項實驗，是想了解他先前在富含碳的巨星大氣層中發現的鏈狀碳分子是如何形成的。發現巴克球後不久，科學家提出，這類恆星周圍可能也漂浮著巴克球。2010年，NASA的史匹哲太空望遠鏡首次在太空中找到了令人信服的巴克球存在證據。

史匹哲望遠鏡是在Tc 1——一團垂死恆星拋出的物質雲——中發現巴克球的。這顆恆星原本與太陽相似，但隨著老化逐漸拋出外層物質，天文學家認為，巴克球就是在這些被拋出的碳層中形成的。

參考資料

• 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.