科学家在历史性小行星样本中发现生命构成要素的痕迹

科学家们花了一段时间才得以接触到 NASA OSIRIS-REx 任务从小行星贝努(Bennu)采集的样本,但等待是值得的。1 月 29 日发表在《自然》杂志上的一项新研究描述了 OSIRIS-REx 交付的材料中一项意想不到的发现:由液态水蒸发残留的化合物。

该论文的首席作者、史密森尼国家自然历史博物馆陨石馆长蒂姆·麦考伊(Tim McCoy)告诉《大众科学》,这些化合物的存在完全出乎意料。“[发现它们] 完全是个惊喜,”他说。“总的来说,撰写这篇论文的团队在检查陨石方面拥有数百年的经验,我们没有人——事实上,没有人——见过其中一些矿物。”

OREX-800044-101,这是由 OSIRIS-REx 样本分析团队的日本成员分析的样本。来源:Yasuhiro Oba

这项发现如此重要的原因之一是,这些化合物必定是从盐水溶液(含有高浓度溶解盐的液态水溶液)蒸发过程中沉淀出来的。“我们知道这一点,”麦考伊解释说,“因为其中一些矿物……在其晶体结构中确实含有水,而且因为我们知道[宇宙中]最丰富的液体是水。可能含有少量其他冰,如二氧化碳,但主要是水。”

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因此,这些化合物的存在意味着在贝努的某个历史时期——或者更准确地说,在贝努起源的那个古老小行星的某个历史时期——存在液态水。那个母体小行星是一个更大的天体,在过去 6500 万年间的某个时候分裂成更小的碎片。麦考伊解释说,母体小行星部分由冰组成,数千年来,这些冰被小行星表层土壤中放射性元素衰变产生的热量融化。

麦考伊说,这种水“很可能不存在于地表,而是存在于小行星地表下的脉体或囊袋中。”这最有可能延长了它处于液态的时间,麦考伊说,“大约在室温下”。溶解的矿物质也可能使溶液保持液态更长时间:盐水溶液通常比纯水的冰点更低。(这就是为什么在下雪天会给道路撒盐。)

无论如何,当水最终蒸发时,它留下了浓缩的沉淀物,这让麦考伊和他的团队大吃一惊——当母体小行星分裂时,这些化合物就被传递给了它的后继者,包括贝努。该团队在贝努样本中发现的第一种化合物是碳酸钠,这是在任何其他小行星或陨石中从未观察到的。由于它将水吸收到其晶体结构中,它的存在促使麦考伊和世界各地的其他团队搜索其他水溶性化合物的样本。他们总共发现了 11 种此类化合物,所有这些化合物都浓缩在盐水溶液中,然后在水蒸发时沉淀下来。

贝努形成时的古老天体存在液态水的证据提供了一种诱人的可能性:贝努的祖先可能见证了生命的最初萌芽。似乎在贝努祖先的液态水囊袋中形成的盐水为复杂有机化合物的发展提供了有利的环境。在一份随论文发布的声明中,麦考伊说:“我们现在从贝努了解到,生命的原材料在贝努的母体上以真正有趣和复杂的方式结合。”该论文还推测,土星的卫星恩塞拉多斯(Enceladus)和火星的卫星谷神星(Ceres)的内部可能至今仍存在类似的盐水。

贝努小行星的马赛克图像,由 OSIRIS-REx 航天器从 24 公里外拍摄的 12 张 PolyCam 图像组成。来源:NASA/Goddard/University of Arizona

无论如何,麦考伊说,贝努母体小行星中存在液态水的迹象也告诉了我们关于这颗小行星的重要信息:“贝努母体小行星含有冰的事实意味着它必须形成在太阳系的雪线之外。”这条线标志着与恒星的距离,在该距离处温度会降至水的冰点以下。(2016 年,NASA捕捉到了一个年轻太阳系中这种现象的图像。)

雪线在太阳系早期尤其重要,因为围绕着新生恒星的尘埃和气体云开始凝聚成原行星盘,行星和其他轨道天体最终将从中形成。在雪线之外,水是固态的,易于凝聚成新生行星和小行星;而在雪线之内,水保持气态,更难捕获。

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这意味着在雪线之外形成的物体相对富含水,而关于地球水源起源的一个主要理论是,地球的水是通过捕获这些富含水的物体获得的。如果这些物体含有富含有机化合物的盐水溶液,那么理论上至少有可能,生命在它们抵达地球**之前**就已经在这些环境中进化了。

抛开这些理论上的可能性不谈,麦考伊说,盐化合物的发现表明了 OSIRIS-REx 能够直接从贝努采集物理样本的价值。“这些是极其稀有的矿物,所以无法从地球上探测到。”此外,他说,“其中许多矿物在地球大气中不稳定。如果没有航天器任务的受控返回和在氮气中非常仔细的保存以将其与大气隔离,我们一开始就永远找不到[它们]。”

 

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汤姆·霍金

撰稿人

汤姆·霍金是纽约市的一名作家。他撰写关于文化、政治、科学以及两者之间的一切内容。他的作品曾发表在《纽约时报》、《卫报》、《滚石》等众多出版物上。你可以 订阅他的 Substack。


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