小行星尘埃如何帮助证明生命的原始成分可以在外太空进化

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以下是陈恺珊博士在「会话」The Conversation(一个非牟利媒体网络),对她最近新发现撰写详细解说。

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科学家早就知道,维持生命需要某些成分,特别是水和碳等关键有机化学物质。 近年来,在巨型小行星和其它天体上都发现这两种成分。

但是,到目前为止,还没有研究基于外星样本提供确凿的证据显示重力在我们太阳系周围漂浮的岩石上是如何以及何时形成有机物质。与一组国际科学家一齐,我的团队一直在分析从一颗编号25143糸川小行星岩石中提取的一些微小颗粒。 我们的研究发现,有机物质是生命的原材料,它是在糸川小行星表面上产生,并通过陨石和太空尘埃的撞击而传递到小行星表面。

这是一个研究小组首次证明有机物是在小行星上原位生成,并且当其它有机物质随时间撞击小行星表面时,这种有机物含量可能已经演化。 有了这些知识,我们就可以推测地球表面化学的演变过程,这是地球上首次出现生命火花之前的数十亿年。

每天,重达10克的50至150颗陨石撞击地球表面。 这些微小的岩石可能带有关于我们太阳系的化学线索,但是一旦它们进入我们的大气层,尤其是在撞击地球之后,它们就受到污染,扭曲并消除它们所伴随的线索。

这就是为什么太空飞行任务着手直接从小行星以及彗星(也包括月球和火星)中采集样品的原因:检查未受到地面污染物污染的外星粒子。

日本宇宙航空研究开发机构在2003年发起一项这样的太空探索计划。 隼鸟号飞行任务是向近地小行星糸川小行星的方向飞行的,它的目的是现场采集,储存和将样本送返地球,让科学家可以通过这些颗粒,检查是否有支持生命发展所需的成分迹象。之所以选择糸川小行星来执行任务,是因为它的轨道接近地球,隼鸟号太空船可以在2005年拦截它。 尽管经历了两年的太阳耀斑的干扰和技术难题,它还是成功完成这项壮举。

经过六周还绕小行星进行遥测,在距离糸川小行星20公里,隼鸟号降落小行星表面,进行两次登陆,同时以每秒25公里的速度穿越太空。 这些触地方式就像猎鹰潜水以捕捉猎物一样。 隼鸟是日语中的猎鹰,尽管它的猎物是小行星表面上的尘埃。

之后样本安全存放,隼鸟号于2010年带着数千粒无污染的珍贵尘埃样本返回
地球。 到2012年,这些尘埃粒子仔细地分配给全世界科学家。 许多様本直径只有50微米,大约是人头直径直径的一半。
分析颗粒是一项艰巨
的工作。 我们只能用针尖将它们捡起来:颗粒只能通过静电粘附在针上,微小的空气呼吸很容易将颗粒永远吹走。 在研究它们时,我们还需要绝对确保没有任何颗粒被地面污染所污染。

到目前为止,仅对不到十粒丝川尘粒进行了有机分析。 这些研究发现水和有机物。 然而,在所有情况下,我都不确定团队发现的有机物和水渍的确实来源:从技术上讲,两者都与地球上原生岩石中的痕迹没有区别。

我们检测的粒子不同的地方,是它的形状类似南美洲,而昵称为亚马逊(Amazon),但其中也含有有机物,但这次,它的同位素特征,将它明确地分类为外星来源。

我们还发现有证据表明亚马逊的有机物有两个来源:内源性(在糸川现场生产)和外源性(在其它地方生产并传递到糸川的表面)。

这是因为我们在亚马逊様本上发现未经加热的原始有机物,以及必须加热至600°C的石墨化有机物。 两种有机物之间的距离只有10微米。

有趣的是,糸川小行星过去曾经历过这样的高温。 这意味着,糸川小行星必须属于直径至少40公里的更大小行星,然后才能遭受灾难性的撞击并破碎成碎片,其中一些碎片重新组合形成现今的糸川小行星。受热的有机物必须来自以前,很大的小行星高温内部,而未受热的物质必须后来因碳质陨石撞击或太空尘埃而沉淀在糸川小行星上。 糸川小行星的水也发生了同样的情况,在加热过程中水分流失了,在加热消退后从外面来源水中重新水化。

我们的发现清楚地表明,系川以及我们太阳系中的许多其它小行星,可以在不同的天体上以不同的方式,在不同的条件下演化出水和有机物质。

有了这些新知识,我们可以推测生命发展之前时间中的地球自身演化。 正如我们与糸川小行星所见证的那样,如果天体岩石能够在数十亿年的时间内发展并甚至共享有机物质,那么地球在我们宇宙中的特殊位置也许承载着其它行星所没有的智慧生命,这是类似天体相互作用的结果。

【图:陈恺珊;文:翻译自会话网站2021年3月10日刊登陈恺珊博士特稿】

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