生命的源頭:隕星中的富碳分子

每天，都有數以噸計（甚至數以十噸計）的含碳分子隨著塵埃顆粒與隕星落向地球。對於天文學家來說，隕石尤其珍貴，這是由於它們的碳分子含量相對較高，可以在實驗室中方便地分析。在過去的幾年間，研究者注意到，隕石所含的大多數碳是以多環芳香烴（PAH）分子的形式存在，這是一類非常穩定的成分，也是殘存者。

 PAH是宇宙中最為常見的富碳化合物。從遠方的星系到碳烤牛肉餅到發動機煙灰的一切事物中都可以找到它們。當最初次形成或是在宇宙中發現時，其結構類似於鐵絲網的片段，是連接在一起的六角形環狀物。但在隕石中，芳香環攜帶了額外的氫或氧原子。

這些名為醌的分子對於“生命起源”或是行星的可居住性來說，有著潛在的重要性。來自加州Moffett Field的NASA艾姆斯研究中心的科學家在實驗室中進行了實驗，來解釋隕石中的烴吸引額外的氫氧原子的過程。它們與被《科學》雜誌早年刊登的一篇論文（McKay等人1996年）視為外星微生物蹤跡的分子非常類似。

NASA艾姆斯中心的太空科學家Max Bernstein說：“我們的發現非常重要，因為這是首次解釋了隕石中的富碳分子。它們與組成生物的分子類似。”

 這一發現完成後，他們的工作被視為非常重要，足以獲獎。

Bernstein與艾姆斯的同事Scott Sanford及Louis Allamandola在1999年《科學》雜誌上發表的論文獲得了NASA艾姆斯研究中心2008年的H. Julian Allen獎。一篇科學論文需要等待很長時間才能獲獎。

Bernstein解釋說：“作為科學家，我們喜歡為事物定量。科研論文是根據其他科研論文對其的引用次數來評價的。其他科學家需要說，沒有你的文章，我就無法寫成我的論文。一般這一過程需要幾年時間。”

這些富碳分子是由瀕死的富碳紅巨星產生的。當最初形成的時候，天文學家觀測到它們以普通PAH的形式存在。但在幾十億年以後，在隕石中發現它們的時候，一般都會附加帶有氧或重氫。（重氫原子中含有一個額外的中子，名為氘同位素。）科學家說，一些東西改變了它們。

為了研究含碳化合物分子的變化過程，艾姆斯天體化學實驗室讓水冰中的PAH暴露在類似太空的紫外輻射中。科學家再現了高度真空、極低溫度（零下340華氏度）以及猛烈的輻射等環境條件。當溫度達到極低後，開始讓PAH暴露在紫外線輻射下，分子發生了變化。這一實驗成功地產出了隕星中發現的含碳化合物。科學家第一次展示了氫與氘即重氫的交換。

Bernstein說：“這表明，為了讓這些分子發生改變，你需要水冰以及輻射。”

艾姆斯的研究小組利用紅外光譜證明，實驗室製備的烴分子與隕石中以及望遠鏡觀測所見的相同。科學家觀察了不銹鋼容器中進行的化學反應。實驗室樣本反射的紅外光與天文學家在望遠鏡中所見的烴相同。由於使用的技術一樣，結果可以直接進行比較。Sandford說：“我們在實驗室中複製的分子與從望遠鏡中見到的一樣。”

當分子尺度的實驗室樣本獲得後，被運送到了斯坦福大學Richard Zare的實驗室，這裏的研究人員為單個分子稱重。結果表明，輻射改變了冰，生產出了新的分子。

這些分子的名字叫做醌，受到了太空生物學界的相當關注，這是因為對於所有的生命形式來說，它們是很普遍的。對於“生命的起源”或者行星的可居住性來說，醌也可能是非常重要的。行星是如何變得可居住的呢？

艾姆斯天體化學實驗室的建立者Allamandola說：“是來自太空的分子協助地球變成了如今這樣適合居住的地方。”

Bernstein說：“我們的發現是新穎的，因為我們展示了這類分子的形成管道。人們已經知道，隕星中存在這樣的分子，並且被帶到行星上來。”

“現在我們知道了，為什麼類似生物的含碳化合物大量落向地球與其他行星。瞭解這點會幫助我們將這些分子與生物產出區分開來，尋找其他世界上的生命。”