我们至少知道生命以某种方式在地球上诞生了。但这仅仅是偶然事件吗？最近的研究表明，我们基于碳和氢的复杂分子构成并非侥幸。陆地生命独特化学物质的前体显然在遥远太空翻腾的尘埃和气体云中大量存在。在合适的条件下，它们也可能在无数遥远的世界中孕育生命。
支持这一结论的越来越多的证据并非来自遥远的星系，而是来自地球上的实验室，科学家们在这些实验室中模拟浩瀚星际云中的恶劣条件。到目前为止，他们已经证明了分子氢形成的机制，诱导了碳的化学反应以形成原始有机分子，并发现这些物质独特的光谱特征与困扰天文学家近一个世纪的数据相匹配。最近的期刊文章报道了这些结果，一些研究人员在美国物理学会在亚特兰大举行的第100届年会上总结了他们的发现。
关于太空漂浮着有机分子的第一个线索本身就是一个谜题。1921年，加利福尼亚州利克天文台的天文学家玛丽·莉亚·赫格观察到遥远恒星光谱中的两条吸收线，当其他线根据恒星的运动在波长上移动时，这两条线保持静止。不久之后，天文学家得出结论，这些光谱带不是来自恒星本身，而是来自恒星与地球观测者之间的太空中的气体和尘埃。
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缺失的光谱 |
天文学家现在已经探测到100多个这样的“弥漫星际带”，或 DIBs。 它们在来自遥远恒星和星系的光谱中以间隙的形式出现，因为引起它们出现的物质吸收光谱彩虹中那些频率（或颜色）的光。但这些物质是什么呢？它们的光谱与任何已知的原子波长都不匹配。
直到20世纪80年代，美国宇航局艾姆斯研究中心天体化学实验室的路易斯·J·阿拉曼多拉才确信，罪魁祸首可能是一类相当粗糙的有机分子，被称为PAHs，即多环芳烃。常见的——且高度致癌的——PAHs是柴油尾气、烧焦的锅碗瓢盆、烤焦的汉堡包和香烟烟雾中发现的标准燃烧产物。但这些烟尘和煤炭的成分也非常耐用。它们是由碳和氢组成的扁平分子，呈六边形，因此它们的骨架看起来像鸡笼。
生命的先驱？ |
阿拉曼多拉做出了一个巧妙的推测，但星际尘埃云并不是真正宜居的地方。它们是前几代恒星的残骸，也是未来新的恒星和太阳系将从中诞生的物质。它们的平均温度为10 K（约-440 华氏度；-260 摄氏度）；空气会冻结成固体。在高真空中，它们沐浴在强烈的紫外线辐射和可见光中。阿拉曼多拉的想法让一些怀疑论者感到寒冷：这些条件是否允许地球上在高温下发生的反应？必要的反应元素是否存在？分子能否在不降解的情况下生存？
为了回答这些和其他问题，研究人员别无选择，只能尝试在实验室中模拟星际空间的条件，并将数据与天文学家收集的数据进行比较。这些研究的结果表明，由于富含碳的尘埃、氢的存在以及提供能量的紫外线辐射的偶然结合，生命化学先驱的形成确实可以在星际介质中形成。
通过分析穿过星际云的光，研究人员已经确定它们是由微小的沙粒状颗粒组成的，每个颗粒都覆盖着一层薄冰。密度非常低（每立方厘米约50个粒子，而地球表面为1019个）。每个尘埃颗粒只有万分之一毫米宽。冰主要由水组成，但通常含有一些有机分子。这些颗粒漂浮在含有氢原子的气氛中。
在星尘中找到碳非常容易。它是较轻元素中第一个完全在恒星内部形成的元素，并且似乎是太空尘埃的主要成分。在1998年12月18日出版的《科学》杂志上，艾姆斯研究中心空间科学部的法里德·萨拉马和德国耶拿天体物理研究所和大学天文台的托马斯·亨宁鉴定出了一系列太空碳的形式，包括金刚石纳米晶体、石墨、富勒烯、碳炔（碳原子的长链）和无定形碳。
找到氢也不难，氢是宇宙中最轻和最丰富的元素，也是恒星之火的燃料。问题是，原子氢不参与化学反应；两个原子必须首先结合形成分子氢H2。但是，两个氢原子简单地在以太中碰撞的几率似乎很低，因此大约30年前，康奈尔大学的欧文·萨尔皮特和他的学生大卫·霍伦巴赫提出，需要一个表面来启动反应，例如星际尘埃颗粒。当落在尘埃颗粒上的氢原子四处移动时，它们更有可能相互碰撞并形成化学键。
结合氢 |
由锡拉丘兹大学表面物理和天体物理实验室的吉安弗兰科·维达利和意大利卡塔尼亚大学物理研究所的瓦莱里奥·皮罗内洛领导的团队着手检验这一理论。维达利在3月22日的APS会议上报告了结果，他和他的同事们将氢原子束射向两种太空尘埃的候选物质——硅酸橄榄石和无定形碳——在一个真空室中，真空室被抽空至大气压的万亿分之一，并冷却至绝对零度以上10度。他们发现无定形碳上的反应效率高于橄榄石。
进一步的实验证据来自萨拉马和道格拉斯·M·赫金斯（也来自美国宇航局艾姆斯研究中心），他们也在3月23日向APS概述了最近的工作。萨拉马和他的同事们在一个真空室中模拟了太空环境，真空度约为大气压的十亿分之一，温度低至-270 摄氏度；模拟了星光。
当PAH分子被冻结在惰性气体（氖）原子笼中时，这确保了被捕获的分子是冷的并且完全隔离的，研究人员测量了紫外线和可见光波段的光谱，并将其与来自基特峰和其他天文台的天文数据进行了比较。它们匹配了。同样，赫金斯和他的同事们——这次测量了冻结在固态氩中的电离PAHs的红外光谱——表明它们也与地面、空中和太空望远镜测量的红外光谱相匹配，表明PAHs在整个星际介质中都很常见和丰富
为了从另一个方向验证该假设，美国宇航局艾姆斯科学家马克斯·伯恩斯坦、斯科特·A·桑福德和阿拉曼多拉在模拟的星际介质中创建了PAHs，在类似于黑暗尘埃云的条件下将它们冻结成冰，并将它们暴露于紫外线辐射。“我们制造了一堆氧化的PAHs，包括芳香酮、醇和醚。这些种类的分子在化妆品和药物中很常见，很多人都很熟悉。例如，它们存在于芦荟、指甲花和圣约翰草中，”伯恩斯坦说，他通过与SETI研究所的合作协议在美国宇航局艾姆斯工作，SETI研究所致力于在宇宙其他地方寻找智能生命。
然后，研究人员将他们制造的东西送给了斯坦福大学的理查德·扎雷。扎雷和他的同事们记录了这些化合物的光谱图，并将其与地球上发现的碳质陨石中发现的PAHs的类似数据进行了比较。正如研究人员在2月19日出版的《科学》杂志上报道的那样，数据相互关联。
阿拉曼多拉说：“这些氧化的PAHs是在星际介质中制造出来的，并通过每天以吨为单位飘落到地球的行星际尘埃颗粒带到地球上。“这些化合物与当今生物系统中普遍存在的化合物相似，并在重要的生物过程中发挥着重要作用。也许地球上最早的生物利用了这些分子，这就是这些化合物如何融入我们的生物化学中的。”
如果新的天文数据和实验结果继续经受住考验，那么结论是对我们起源的令人欣慰的肯定。孕育新一代星系、恒星和行星的浩瀚星际云也是生命的孵化器。它们产生的益生元化合物像宇宙雨一样倾泻下来，不仅在地球上，而且在宇宙中任何适宜居住的行星上。生命的物质是星尘，我们由它而生——是的，我们可能并不孤单。