南极雪中的地外微粒为太阳系早期历史提供新线索

埋藏在南极数十年降雪下的微陨石保存了宇宙化学的碎片,暗示了有机分子如何到达地球


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南极洲是天然的法医冷冻库,它将过去的记录保存在基本上未受污染的冰雪层中,科学家们挖掘这些冰雪层以探索过去的地质和大气条件。最南端的大陆也被证明是寻找陨石的理想场所,陨石在冰盖和雪原上突出,并且在到达后往往很少经历风化和地球污染。

5月7日出版的科学杂志上发表的一项新分析来自一个在南极洲康科迪亚基地工作的法国团队,该团队从地表下发现了保存完好的陨石样本。研究人员挖掘了数十年前的积雪,这些积雪在站点可能出现污染性人类存在之前就已落下。他们在其中发现了所谓的微陨石——微小的斑点,直径仅为毫米的一小部分,但仍然携带有关太阳系诞生和演化的重要线索。

“南极洲确实是收集星际尘埃的最佳地点之一,”主要研究作者、法国国家科学研究中心和巴黎-萨克雷大学联合实验室核光谱学和质谱学中心的宇宙化学家 Jean Duprat 说。南极洲被海洋环绕,冰雪覆盖,陆地尘埃相对较少,可以稀释来自太空的粒子。在 2006 年收集的筛分熔融样品中,Duprat 和他的同事们识别出更多来自太空的粒子,而不是来自地球的粒子。

“在这里,我们从大约 50 年前落在地球上的非常非常干净的雪层中提取了粒子,”Duprat 说。在融化三立方米雪产生的 148 个微陨石中,有两个富含有机物质,构成了新研究的基础。许多研究试图解释这种碳基物质——包括益生元化合物——是如何到达地球以播下生命种子的,近年来的研究表明,彗星和小行星都是可能的传递机制。

“我们用这些粒子解决的主要问题之一是太阳系的诞生,以及行星形成的物质,”他说。“如果你想做到这一点,你真的必须从像小行星或彗星这样的小天体中寻找物质”——这些原始天体在数十亿年间没有经历太多的融化。Duprat 说,含碳南极微陨石似乎起源于彗星。

另一个问题是,最终到达地球的有机物是太阳系本土的,还是从星际空间继承而来并融入到太阳和行星形成的分子云中。Duprat 说,根据对嵌入在粒子中的矿物质的分析,他和他的同事发现的微陨石似乎属于本土类别。“这些矿物质,其中很多是原行星盘的典型结晶相,而不是星际空间的典型结晶相,”Duprat 说。“我们在矿物质中没有看到星际遗产。”

尽管如此,华盛顿特区卡内基研究所的宇宙化学家 Larry Nittler 说,他为《科学》杂志撰写了关于这项研究的评论,“目前尚不清楚这些结果是否能揭示有机物的起源。” 微陨石富含氘,氘是氢的重同位素,这种特性一度被认为是星际起源的标志。Nittler 说,现在情况不太明朗,一些研究表明,氘的过量可能在早期的太阳星云中产生,这与 Duprat 团队的矿物学分析相符。

无论最终的来源是什么,南极陨石粒子都是有机物质的良好样本,因为从星际尘埃的角度来看,它们相对较大,并且含有大量的碳。“通常情况下,你会得到碳含量约为百分之几的东西,而这里它的体积超过一半,”Duprat 说。因此,宇宙化学家可以原位分析有机物含量,而无需首先使用化学溶剂提取它。

Nittler 说,由于可供借鉴的样本如此之少,因此像 Duprat 和他的同事们所做的那样,为这个谜题添加碎片非常重要。“很多这些研究都严重偏向于我们得到的东西,”他说,并补充说,新的微陨石为早期太阳系的化学成分提供了不同的视角。“这几乎就像一种新型的地外物质,因为它们不像我们以前见过的任何东西。”

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