在太空塵埃中發現生命的原材料
2021年03月14日11:30

  文章來源:原理

  科學家認為,對生命來說,一些特定的分子成分是必不可少的,比如水和碳等關鍵有機物就是明顯的例子。瞭解太陽系誕生之時涉及到水的化學反應,對於瞭解有機化合物是如何通過水的作用演變成越來越複雜的大分子,提供了至關重要的見解。然而,要進行這樣的研究,研究人員需要借助來自太空的天體物質樣本。

  每天,有50到150顆重達10克以上的隕石撞擊到地球表面。這些小小的岩石可能承載著與太陽系的進化有關的化學線索。但當它們一旦進入地球的大氣層,尤其是在撞擊到地球表面之後,這些岩石便會受到汙染——它們最初攜帶的線索會隨之被改變或抹去。

  因此要想真正瞭解太陽系誕生時就存在的地外水和有機物的真實性質和它們的演化,就必須能夠直接對原始的天體物質進行分析,只有這些樣本才能保留物質的物理、化學、有機和其他特性的固有狀態。近年來,雖然一些研究已經在小行星和其他天體上發現了水和有機物,但科學家仍然缺乏直接的證據來表明有機物質是如何以及何時形成於出現在太陽系中的岩石天體上的。

  最近,一個國際科學家團隊通過分析從一顆名為絲川(Itokawa 25143)的岩石小行星上帶回到地球的塵埃顆粒,發現在絲川表面曾出現過水和有機物。這是首個直接證據表明小行星上存在有機物。研究人員將這一結果發表在了《科學報告》上。

  2003年,日本航天局(JAXA)的隼鳥號帶著飛往近地小行星絲川,目標是要從這顆小行星中採集到塵埃樣本。經過兩年的飛行,隼鳥號在2005年於近地軌道上“攔截”了絲川,它在絲川上空約20千米的位置對其進行了長達6周的遠程觀測。

  之後,隼鳥號潛入了這顆小行星的表面,成功地“獵捕”到了小行星上的塵埃。2010年,隼鳥號載著數千顆珍貴的、未受汙染的地外塵埃粒子,安全返回地球。到2012年,這些粒子已經被小心地分發給到了世界各地的科學家手中。這些顆粒的直徑從10到200微米不等,而其中大部分的直徑在50微米以內。

  分析如此微小的粒子並非易事,它要求非常精細的操作。研究人員需要借用針尖才能將它們撿起來,這些粒子只能通過靜電附著在針上,而輕輕的呼吸就能輕易地將它們永遠吹散。此外,研究人員還必須確保,這些顆粒不會在研究過程中受到地球汙染。

  一顆微小的小行星塵埃,只有通過玻璃針的操縱才能進行分析處理。| 圖片來源:ISAS JAXA

  在過去的一些研究中,不同的科研團隊前前後後對不到10個絲川粒子進行過有機物分析。從這些分析中,研究人員發現了水和有機物。然而,他們無法確定這些有機物和水的確切來源。它們與在陸地岩石中發現的有機物和水難以區分。

  而新研究所分析的顆粒卻有所不同,它形似南美洲,被科學家稱之為“亞馬孫”。研究人員發現,亞馬孫上含有有機物,並且確認無誤地通過同位素分析,得知這些物質來自地外。

  研究人員認為,亞馬孫上的有機物有兩個可能來源——在絲川產生(內源);或者在其他地方產生後再被運送到絲川地表(外源)。他們在亞馬孫上發現了原始的、未經加熱過的有機物,還有必須被加熱到600℃才能產生的石墨化的有機物。這兩種有機物之間的距離只相差10微米。種種跡象表明,在被災難性地撞擊成碎片之前,絲川一定曾屬於某個直徑至少為40千米的更大的小行星,這顆更大的小行星的一些碎片重新聚集在一起,形成了絲川。

  被加熱過的有機物質來自於那顆更大的小行星的內部高溫部分,而未被加熱過的有機物則是後來由於碳質隕石或太空塵埃落在了絲川之上而留下的。絲川上的水也出現了同樣的情況:它在加熱過程中喪失,又在加熱消退後,從外部水中重新水化。

  這些發現都清楚地表明,絲川,以及太陽系中的許多其他小行星,可以在不同的條件下以不同的方式在數億萬年間演化出水和有機物。知曉了這些信息,科學家就可以推測出在地球上出現生命之前的那段漫長時光里,地球表面的化學物質是如何演變的。那時,科學家或許會意識到,我們的地球——這顆在宇宙中承載了智慧生命的星球,正是類似的天體相互作用所造成的結果。

  #創作團隊:

  編譯:不二北鬥

  #參考來源:

  https://theconversation.com/how-asteroid-dust-helped-us-prove-lifes-raw-ingredients-can-evolve-in-outer-space-156712

  https://www.nature.com/articles/s41598-021-84517-x#citeas

  https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/0016703796001251

  https://www.iflscience.com/space/precursors-to-life-found-on-both-an-asteroid-and-a-comet/

  #圖片來源:

  封面圖:ISAS JAXA

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