了解棒球，源于小时候看过的一部日本动画——《棒球英豪》。运动与青春，懵懂与爱情，让这部动画和《足球小将》、《灌篮高手》一起成为小时候的热血回忆。
图片来源：动画《棒球英豪》
说棒球，就一定要提到“本垒打（Home Run）”。由于一击得分，本垒打往往是棒球比赛中最激动人心的时刻。自2015年以来，美国职棒大联盟（Major League Baseball， MLB）中的本垒打数量持续上升，在2014年6月至2019年6月期间，本垒打率竟然增长了60%。本垒打率的提升，将影响比赛的娱乐性和球员的收入。然而，MLB及其专员否认对棒球的设计进行了修改，这引起了球迷和球员质疑的声音，也吸引了化学家的关注（搞不好这些化学研究者也是棒球fans）。
MLB比赛中，本垒打数量激增。图片来源：ACS Omega [1]
近日，美国肯特州立大学化学与生物化学系的Soumitra Basu等研究者在ACS Omega 杂志发表文章，对2014/2015年全明星赛以前和2017年大联盟赛季使用的棒球进行对比 [1]。他们把棒球“切开”，通过CT扫描、SEM、EDS、热重分析等一系列化学和材料研究常用的测试，发现新旧棒球的内核在密度上存在56.7%的巨大差异，孔隙率明显改变，同时，有机、无机化合物含量也有不同比例降低。新旧棒球化学成分的差异，是否就是近5年以来，本垒打数量激增的“元凶”呢？
关于棒球的化学研究。图片来源：ACS Omega [1]
先来了解一下棒球的结构。一个标准的棒球，以软木为芯，卷以丝线并由两片白色牛皮紧紧包扎缝合而成。而内部的软木芯又是由三层组成：粉色橡胶外层、黑色橡胶内层和软木中心。
棒球及其剖面图。图片来源于网络
研究者对2014年（旧球）和2017年（新球）使用的棒球进行了CT扫描，比较二者密度的差别。结果表明，内部软木芯的粉色橡胶外层密度变化最为明显，密度仅为2015年全明星赛之前的56.7%。
CT扫描及棒球密度对比。图片来源：ACS Omega [1]
随后，研究者将内部的软木芯取出，发现新球内芯的质量比旧球轻了约0.5 g，尽管两球的总重量都在规定范围之内。二者粉色橡胶层的颜色也明显不同，通过热重分析，该部分的热重质量损失百分比存在7%的差异。因为无机成分在800 ℃下不能分解，换句话说，新球的无机成分减少了约7%。
新旧棒球的内芯重量和热重分析。图片来源：ACS Omega [1]
由于红外光谱测试显示，新旧棒球内芯的粉色橡胶层有机组分几乎没有差别，于是研究者认为，56.7%的放射密度可能来自于材料孔隙率的变化。SEM图像显示，新球比旧球的孔更多、更大。EDS元素分析也表明，新球和旧球元素种类没有差别，但含量差别明显，其中硅含量变化最大，下降了10%，而碳元素含量增加了5%。
新旧棒球粉色橡胶层的SEM图像。图片来源：ACS Omega [1]
近年来，MLB的本垒打数量以惊人的速度增长，促使整个棒球界（从球迷到球员）寻找背后的合理理由。棒球运动是一个价值数十亿美元的行业，在这个行业中，场上得分或本垒打次数往往会推动收入和娱乐价值。早在1968赛季之后，MLB决定降低投手丘的高度，这使得本垒打次数增加了31.1%，也大大的增加了棒球比赛的观赏性。然而，2011年，日本职业棒球联盟（NPB）的官员秘密要求棒球制造商Mizuno更改棒球，使得本垒打上升了47%，牵涉到了很多利益纠葛。最终，当密谋被揭发时，NPB委员只得迫于压力辞职。
图片来源于网络
此次对于棒球的化学分析，是否就是造成MLB比赛本垒打次数激增的原因呢？研究者认为，球内芯密度和重量的细微差别会改变球飞出的速度。在2018年的一份报告中称 [2]，新球空气阻力有所变化。而本篇论文中，棒球内芯化学组分的差异，可能是造成该变化的本质原因。
同时，有研究称，新球的形变恢复系数（COR）明显提高，体现其弹性的增加 [3]。两个影响，都有利于击球手打出漂亮的一记“本垒打”。然而，MLB委员会的四名成员发布了一份初步的后续报告，报告认为没有证据表明新球是故意改变的，这也使得该事件一直备受外界猜测。
尽管研究者无法确定这种变化背后的潜在原因，但对其化学成分的分析与2018年的关于运动的研究报告相符，而化学测试有可能在未来，确定球的性能指标方面发挥作用。“即使是细微的变化似乎也很重要”，第一作者Nathan Beals说，“这可以影响到棒球的行为” [4]。
参考文献：
[1] Beals N., Zhang L., Law M. et al. Physicochemical Investigation into Major League Baseballs in the Era of Unprecedented Rise in Home Runs. ACS Omega, 2019, 4, 20109-20117. DOI:10.1021/acsomega.9b00405
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsomega.9b00405
[2] Key takeaways from MLB study of HR rates
https://www.mlb.com/news/mlb-report-on-baseballs-home-run-rates-c278120310
[3] The Juiced Ball Is Back
[4] Changes in baseball chemistry could contribute to rise in home runs
https://cen.acs.org/materials/Changes-baseball-chemistry-contribute-rise/97/web/2019/12
（本文由小希供稿）
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