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在太空尘埃中发现生命的原材料
2022-06-28

文章来源:原理

科学家认为,对生命来说,一些特定的分子成分是必不可少的,比如水和碳等关键有机物就是明显的例子。了解太阳系诞生之时涉及到水的化学反应,对于了解有机化合物是如何通过水的作用演变成越来越复杂的大分子,提供了至关重要的见解。然而,要进行这样的研究,研究人员需要借助来自太空的天体物质样本。

每天,有50到150颗重达10克以上的陨石撞击到地球表面。这些小小的岩石可能承载着与太阳系的进化有关的化学线索。但当它们一旦进入地球的大气层,尤其是在撞击到地球表面之后,这些岩石便会受到污染——它们最初携带的线索会随之被改变或抹去。

因此要想真正了解太阳系诞生时就存在的地外水和有机物的真实性质和它们的演化,就必须能够直接对原始的天体物质进行分析,只有这些样本才能保留物质的物理、化学、有机和其他特性的固有状态。近年来,虽然一些研究已经在小行星和其他天体上发现了水和有机物,但科学家仍然缺乏直接的证据来表明有机物质是如何以及何时形成于出现在太阳系中的岩石天体上的。

最近,一个国际科学家团队通过分析从一颗名为丝川(Itokawa 25143)的岩石小行星上带回到地球的尘埃颗粒,发现在丝川表面曾出现过水和有机物。这是首个直接证据表明小行星上存在有机物。研究人员将这一结果发表在了《科学报告》上。

2003年,日本航天局(JAXA)的隼鸟号带着飞往近地小行星丝川,目标是要从这颗小行星中采集到尘埃样本。经过两年的飞行,隼鸟号在2005年于近地轨道上“拦截”了丝川,它在丝川上空约20千米的位置对其进行了长达6周的远程观测。

之后,隼鸟号潜入了这颗小行星的表面,成功地“猎捕”到了小行星上的尘埃。2010年,隼鸟号载着数千颗珍贵的、未受污染的地外尘埃粒子,安全返回地球。到2012年,这些粒子已经被小心地分发给到了世界各地的科学家手中。这些颗粒的直径从10到200微米不等,而其中大部分的直径在50微米以内。

分析如此微小的粒子并非易事,它要求非常精细的操作。研究人员需要借用针尖才能将它们捡起来,这些粒子只能通过静电附着在针上,而轻轻的呼吸就能轻易地将它们永远吹散。此外,研究人员还必须确保,这些颗粒不会在研究过程中受到地球污染。

一颗微小的小行星尘埃,只有通过玻璃针的操纵才能进行分析处理。| 图片来源:ISAS JAXA

在过去的一些研究中,不同的科研团队前前后后对不到10个丝川粒子进行过有机物分析。从这些分析中,研究人员发现了水和有机物。然而,他们无法确定这些有机物和水的确切来源。它们与在陆地岩石中发现的有机物和水难以区分。

而新研究所分析的颗粒却有所不同,它形似南美洲,被科学家称之为“亚马孙”。研究人员发现,亚马孙上含有有机物,并且确认无误地通过同位素分析,得知这些物质来自地外。

研究人员认为,亚马孙上的有机物有两个可能来源——在丝川产生(内源);或者在其他地方产生后再被运送到丝川地表(外源)。他们在亚马孙上发现了原始的、未经加热过的有机物,还有必须被加热到600℃才能产生的石墨化的有机物。这两种有机物之间的距离只相差10微米。种种迹象表明,在被灾难性地撞击成碎片之前,丝川一定曾属于某个直径至少为40千米的更大的小行星,这颗更大的小行星的一些碎片重新聚集在一起,形成了丝川。

被加热过的有机物质来自于那颗更大的小行星的内部高温部分,而未被加热过的有机物则是后来由于碳质陨石或太空尘埃落在了丝川之上而留下的。丝川上的水也出现了同样的情况:它在加热过程中丧失,又在加热消退后,从外部水中重新水化。

这些发现都清楚地表明,丝川,以及太阳系中的许多其他小行星,可以在不同的条件下以不同的方式在数亿万年间演化出水和有机物。知晓了这些信息,科学家就可以推测出在地球上出现生命之前的那段漫长时光里,地球表面的化学物质是如何演变的。那时,科学家或许会意识到,我们的地球——这颗在宇宙中承载了智慧生命的星球,正是类似的天体相互作用所造成的结果。