NASA 的新小行星样本已在改写太阳系历史

M陨石是来自时间深处的信使——与我们的太阳一同由早于我们恒星的原始物质形成的，从小行星和彗星上剥落的碎片。但是，它们的信息常常因与地球的最后相遇而变得模糊不清——在它们猛烈地冲入我们星球的大气层时被烧焦，并被我们世界不断变化的环境所污染。而且，与典型的丢失邮件不同，它们没有回邮地址来揭示其来源。但是，如果希望成为我们太阳系早期历史学家的科学家能够避开这些问题会怎样？与其仅仅依靠陨石所包含的宇宙历史中随机、分散的章节，直接访问太空最古老的档案——小行星和彗星——去带回完整的地质书籍来阅读，岂不是更好吗？

NASA 的起源、光谱释义、资源识别与安全-风化层探测器（OSIRIS-REx）航天器在 2020 年就做到了这一点，当时它俯冲到近地小行星本努的表面，取回了一些至少有 45 亿年历史的岩石。去年九月，它返回地球并将它们卸下。这不是第一个（或第二个）盗取小行星样本的航天器。但它带回了迄今为止最大的样本：重达 121.6 克来自太阳系黎明的原始物质。

几乎在样本返回舱降落在地球上后，科学家们就开始了他们的法医检查。今年早些时候，他们向全世界展示了他们的首批深入发现。他们的分析是初步的，但似乎本努的原始形态出奇地熟悉。数十亿年前，本努显然是一个富含水的世界的一部分，一个拥有跳动地质心脏和丰富益生元有机物质的世界，现在早已消失。在许多方面，这个无名的世界可能与早期毫无生机的地球有着相似之处。“本努字面上在其矿物质中携带了生命的基石，”伦敦大学学院的天体生物学家 Louisa Preston 说。

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数十亿年前，本努显然是一个富含水的世界的一部分，一个拥有跳动地质心脏和丰富益生元有机物质的世界。

更确凿的结论即将到来，但现在已经清楚的是，这些珍贵的本努碎片蕴藏着巨大的潜力。“我们试图通过这些样本来了解地球是如何形成的——不仅仅是它的水，不仅仅是它的益生元化合物，而是地球本身是如何形成的，”罗文大学地质学家兼 OSIRIS-REx 项目的任务样本科学家 Harold Connolly 说。

而且这不仅仅关乎我们这颗蓝绿色的星球。一些样本的微观颗粒表明，本努的奥德赛在我们太阳的第一把火燃烧之前就开始了，这意味着行星科学家可以用它来帮助回答他们领域最重大的问题之一。“太阳系的初始矿物学是什么？那些尘埃来自哪里？它们都来自一颗恒星，还是多代恒星或不同类型的恒星？”伦敦自然历史博物馆的陨石学家和 OSIRIS-REx 团队成员 Ashley King 说。由于该任务大胆地突袭了本努的档案，“我们正在将所有这些整合起来，”Connolly 说。

OSIRIS-REx 全名中的“起源”（Origins）指的是本努的起源和历史，以此作为过去数十亿年来围绕太阳运行的所有其他富碳和富水小行星的代表。这是一项艰巨的任务。“到目前为止，我们已经研究了 1% 的样本，”Connolly 说。但这个量足以开始检验团队关于本努生命的一系列假设清单。

一个关键问题：是什么构成了本努的原始（或“母”）天体？线索存在于它的太阳前颗粒中，这些晶体在太阳存在之前就已凝结——“基本上是我们太阳系的基石，”亚利桑那大学的宇宙化学家和 OSIRIS-REx 团队成员 Pierre Haenecour 说。到目前为止，他们已经确定了至少两大类太阳前颗粒。许多颗粒具有处于生命后期的中低质量恒星的化学特征；这些恒星在老化时会产生强大的恒星风，将其大部分大气层喷射到深空中，形成气体和尘埃云，这些气体和尘埃云可以循环利用到新生恒星中。其他颗粒暗示了更剧烈的起源。“我们确实有一些太阳前颗粒，其成分似乎与我们在超新星中发现的成分更加一致，”Haenecour 说。总而言之，这些细节支持了长期以来的怀疑，即我们的太阳系是由各种热核炉的爆炸性死亡所播种和丰富的。

在我们的太阳出现后不久，世界开始在引力的影响下围绕它聚合，包括本努未知的母天体。本努今天可能以中等大小的小行星形式存在于近地轨道上，但该团队怀疑，很久以前，其富含水的母体首先在雪线之外形成——雪线是一个弥散的热 circumstellar 边界，它决定了包括水在内的更易挥发物质可以在恒星周围以冰的形式存在的区域。

关于本努的原行星世界形成于多远之外，目前还没有达成共识。一种假设认为，它不是在火星和木星之间的小行星带中形成的，而是在更远的地方。检验这一概念的关键将是样本中各种冰及其残留物的存在与否。水冰可以存在于靠近太阳的地方，包括在小行星带内，而冻结的一氧化碳在离太阳更远的地方开始汽化——大约在海王星的范围内。

西南研究院（位于德克萨斯州圣安东尼奥）的宇宙化学家 Kelly Miller 说，已经在样本中发现的一系列不稳定的化学物质“与外太阳系起源相符”。有趣的是，会议上还宣布检测到少量的氨，这是一种极易挥发的物质。这可能与小行星的有机物质有关。但如果它来自氨冰，那么“这将把[本努的母体]推向更远的外太阳系，”Connolly 说——可能在冰巨星天王星和海王星的范围内或更远。

无论本努的母体在哪里形成，它肯定不是静止不动的。样本似乎富含粘土和其他矿物组合，这些都是动态转变的明显迹象，例如被液态水饱和，甚至一些水蒸发后留下盐。“本努主要由被水改变的物质组成，”伦敦自然历史博物馆的行星科学家和 OSIRIS-REx 团队成员 Sara Russell 说。

虽然水不是滚烫的，但肯定是温热的，而且它的成分可能随着时间推移而演变，这表明多个热液系统是由融化的冰驱动的。冰融化了，至少持续了几百万年，因为母体有一个由放射性同位素衰变加热的温暖的地质核心。Connolly 说，这些信息表明，本努的前身至少有 10 公里宽，甚至可能更大。

“这是一个美丽的样本，”Russell 说。“它也与我们收藏中的任何陨石都不太一样。”目前，似乎没有其他任何东西像本努一样，这使得解释其矿物成分成为一项棘手的任务——尤其是在其化学成分的某一方面引发了激烈的争论。

二月份，任务团队宣布在样本中发现了令人惊讶的磷酸盐存在。在土星卫星土卫二冰冷的外壳之下，是一个地质动荡的球体，有一个温暖的液态水海洋，其中包含一系列对生命至关重要的成分，包括磷化合物。在发现本努样本中存在磷酸盐后，OSIRIS-REx 首席研究员 Dante Lauretta推测，这颗小行星“可能是一个古老海洋世界的碎片”。

“我现在还不愿意下结论，因为我们还没有充分分析岩石学和岩相学来拼凑出整个故事，”Connolly 说。但是，本努的特征可能与令人惊讶的地质活动有关。Connolly 解释说，航天器在本努上观察到的一种岩石类型看起来“像菜花一样”——一种破碎、挤压在一起的、充满沉积物的岩石， “通常形成于俯冲带区域”，类似于在地球大陆边缘和深海盆地发现的那些区域。至少可以说，本努的前身世界可能具有类似地球的构造板块移动和翻滚的想法是诱人的。但是，这些岩石是混乱的，难以解释。“这并不意味着母体在构造上是活跃的，”Connolly 说。

目前，大多数科学家并没有将它设想为一个地质活动非常活跃的世界，而是一个年轻时充满活力的、吸饱水的岩石。“我喜欢把它想象成一个大泥球，”King 说。

T那个泥球最终进入了小行星带，也许是在被木星的引力从更远的轨道上拉出来之后。一种可行的假设是，大约三十亿年后，这个母体被一场灾难性的碰撞摧毁，释放出我们现在称之为本努的碎片，然后它进入了近地空间。这种向内迁移说明了太阳系历史上的一个关键章节：将水和益生元有机物质——生物学使用的碳基化合物——输送到岩石世界。

“这是一个长期存在的问题：地球上的水来自哪里？”马萨诸塞理工学院的小行星专家和 OSIRIS-REx 联合研究员 Richard Binzel 说。“长期以来，我们认为它[来自]彗星，因为它们是我们看到的最富含水的物质。”但是，近年来对各种彗星上的水冰的分析表明，它的化学指纹与地球海洋中的水截然不同。

相反，在无数潮湿的陨石中发现的水与我们星球储水层中的水更为接近。那么本努呢？盛大的揭示还需要一段时间，但无论本努是否具有类似地球的水，这个长期存在的问题都不会得到明确的解答——地球的海洋可能来自各种宇宙来源。还有一种可能性是，它们的形成根本不依赖于小行星；相反，地球的海洋可能在地球形成时就被封闭在地球内部，然后通过古代火山活动逃逸到地表。

接下来是有机化合物。“生物学最初是以化学的形式开始生命的，”Preston 说。即使在极不可能的情况下，OSIRIS-REx 样本中含有外星微生物化石，本努也不会提供关于地球生命是如何开始的任何具体答案。但是，如果没有一系列含碳化合物（如氨基酸），生命根本无法存在。一种观点认为，这些物质是在恒星之间的空间中形成的，然后像本努这样的小行星将这些成分带到我们的星球。

“我们知道[小行星]可以将这些东西输送到地球。但关键步骤是：它们是如何变成生命的？我们需要知道那个清单才能回答这个问题，”King 说。该团队已经确定了样本中存在的一长串有机分子，包括一套氨基酸。“他们甚至发现了尿嘧啶和胸腺嘧啶——尿嘧啶是 RNA 中使用的四种核苷酸碱基之一，在 DNA 中被胸腺嘧啶取代，”Preston 说。其中一些对生命至关重要的物质也具有原始的起源。“本努含有在星际介质中形成的有机物质，”NASA 的行星科学家和 OSIRIS-REx 联合研究员 Ann Nguyen 在一次会议报告中说。

并非所有天体生物学家都专注于氨基酸。“我可能有点异端，”亚利桑那州立大学的天体生物学家 Cole Mathis 说，但他对本努中有机物质的丰度并不特别感兴趣。“制造氨基酸并不难，”他说——如果你将氮、碳和氧结合起来，“这些东西或多或少是不可避免的。”小行星可能将它们输送到地球，但很像地球上的水，这些化合物很容易在地球上形成，而无需像本努这样的输送。

Mathis 希望利用本努来探索化学和生物学之间的界限。“有些分子非常复杂，只有生命才能制造它们，”他说，并以维生素 B₁₂ 为例。他并不期望有人在样本中发现类似的东西。但他想找出哪些分子可以由生命和非生物化学共同制造，哪些分子只能由生命制造。“这种转变应该在哪里？”他问道。他希望本努能提供关于这条边界在哪里的线索——因为有机化合物越复杂，仅靠化学方法制造它就越棘手。因此，Mathis 的问题不是关于丰度，而是关于化学复杂性：“我们可以在这些材料中找到的最复杂的单个分子是什么？”

这个问题和许多其他问题的答案即将揭晓。它们隐藏在一个小袋原始小行星物质中，等待着被审问。这些颗粒可能花费了 $12 亿美元才被带到我们的星球，但它们实际上是无价的，因为它们可以为那句著名的格言增添背景：“我们都是星尘。”科学家们现在开始了解这种星尘的确切性质和来源——这种星尘构成了我们所看到的一切，包括地球和我们自己。

当 OSIRIS-REx 从本努采集到样本时，人们寄予厚望。这些希望已经超越了。“宇宙在对我们微笑，”Connolly 说。