小行星塵埃如何幫助證明生命的原始成分可以在外太空進化


以下是陳愷珊博士在「會話」The Conversation(一個非牟利媒體網絡),對她最近新發現撰寫詳細解説。

科學家早就知道,維持生命需要某些成分,特別是水和碳等關鍵有機化學物質。近年來,在巨型小行星和其它天體上都發現這兩種成分。

但是,到目前為止,還沒有研究基於外星樣本提供確鑿的證據顯示重力在我們太陽系周圍漂浮的岩石上是如何以及何時形成有機物質。

與一組國際科學家一齊,我的團隊一直在分析從一顆編號25143糸川小行星岩石中提取的一些微小顆粒。我們的研究發現,有機物質是生命的原材料,它是在糸川小行星表面上產生,並通過隕石和太空塵埃的撞擊而傳遞到小行星表面。

這是一個研究小組首次證明有機物是在小行星上原位生成,並且當其它有機物質隨時間撞擊小行星表面時,這種有機物含量可能已經演化。有了這些知識,我們就可以推測地球表面化學的演變過程,這是地球上首次出現生命火花之前的數十億年。

每天,重達10克的50至150顆隕石撞擊地球表面。這些微小的岩石可能帶有關於我們太陽系的化學線索,但是一旦它們進入我們的大氣層,尤其是在撞擊地球之後,它們就受到污染,扭曲並消除它們所伴隨的線索。

這就是為什麼太空飛行任務著手直接從小行星以及彗星(也包括月球和火星)中採集樣品的原因:檢查未受到地面污染物污染的外星粒子。

日本宇宙航空研究開發機構在2003年發起一項這樣的太空探索計劃。隼鳥號飛行任務是向近地小行星糸川小行星的方向飛行的,它的目的是現場採集,儲存和將樣本送返地球,讓科學家可以通過這些顆粒,檢查是否有支持生命發展所需的成分跡象。

之所以選擇糸川小行星來執行任務,是因為它的軌道接近地球,隼鳥號太空船可以在2005年攔截它。儘管經歷了兩年的太陽耀斑的干擾和技術難題,它還是成功完成這項壯舉。

經過六週還繞小行星進行遙測,在距離糸川小行星20公里,隼鳥號降落小行星表面,進行兩次登陸,同時以每秒25公里的速度穿越太空。這些觸地方式就像獵鷹潛水以捕捉獵物一樣。隼鳥是日語中的「獵鷹」,儘管它的獵物是小行星表面上的塵埃。

之後樣本安全存放,隼鳥號於2010年帶著數千粒無污染的珍貴塵埃樣本返回地球。到2012年,這些塵埃粒子仔細地分配給全世界科學家。許多様本直徑只有50微米,大約是人頭髪直徑的一半。

分析顆粒是一項艱鉅的工作。我們只能用針尖將它們撿起來:顆粒只能通過靜電粘附在針上,微小的空氣呼吸很容易將顆粒永遠吹走。在研究它們時,我們還需要絕對確保沒有任何顆粒被地面污染所污染。

到目前為止,僅對不到十粒絲川塵粒進行了有機分析。這些研究發現水和有機物。然而,在所有情況下,我都不確定團隊發現的有機物和水漬的確實來源:從技術上講,兩者都與地球上原生岩石中的痕跡沒有區別。

我們檢測的粒子不同的地方,是它的形狀類似南美洲,而暱稱為「亞馬遜」(Amazon),但其中也含有有機物,但這次,它的同位素特徵,將它明確地分類為外星來源。

我們還發現有證據表明亞馬遜的有機物有兩個來源:內源性(在糸川現場生產)和外源性(在其它地方生產並傳遞到糸川的表面)。

這是因為我們在亞馬遜様本上發現未經加熱的原始有機物,以及必須加熱至600°C的石墨化有機物。兩種有機物之間的距離只有10微米。

有趣的是,糸川小行星過去曾經歷過這樣的高溫。這意味著,糸川小行星必須屬於直徑至少40公里的更大小行星,然後才能遭受災難性的撞擊並破碎成碎片,其中一些碎片重新組合形成現今的糸川小行星。

受熱的有機物必須來自以前,很大的小行星高溫內部,而未受熱的物質必須後來因碳質隕石撞擊或太空塵埃而沉澱在糸川小行星上。糸川小行星的水也發生了同樣的情況,在加熱過程中水分流失了,在加熱消退後從外面來源水中重新水化。

我們的發現清楚地表明,系川以及我們太陽系中的許多其它小行星,可以在不同的天體上以不同的方式,在不同的條件下演化出水和有機物質。

有了這些新知識,我們可以推測生命發展之前時間中的地球自身演化。正如我們與糸川小行星所見證的那樣,如果天體岩石能夠在數十億年的時間內發展並甚至共享有機物質,那麼地球在我們宇宙中的特殊位置也許承載著其它行星所沒有的智慧生命,這是類似天體相互作用的結果。

【圖:陳愷珊;文:翻譯自會話網站2021年3月10日刊登陳愷珊博士特稿】

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