编者按:以下文章经The Conversation许可转载,这是一个报道最新研究的在线出版物。
菲莱号的缓慢下降、弹跳和不幸地滑入休眠状态的戏剧性事件是几代人中最激动人心的科学故事之一。但是,它在 67P 彗星上短暂的 60 小时生命里取得了什么成就呢?
简短的回答是分析化学。
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菲莱号的有效载荷包括在化学实验室中非常常见的三种仪器,但当部署在彗星上时,可以回答有关太阳系和生命起源的问题。
右旋或左旋生命
四十亿年前,太阳系是一个不稳定的地方。地球正在遭受小行星和彗星的猛烈轰击。这场持续的降雨可能为我们的星球输送了大量的水。但彗星不仅仅是脏雪球。它们三分之一的成分可能是复杂的有机(即碳基)分子。这些化合物很可能引发了导致我们星球上生命的化学反应。
菲莱号的目标之一是提供证据,证明彗星上的有机化学物质与生命的组成部分足够相似,可以支持彗星撞击的生命起源理论。一个关键因素是 67P 彗星(以及其他彗星)是否主要包含右旋或左旋分子。
许多分子以两种形式之一存在,称为立体异构体,化学家将其指定为左旋或右旋。这两种形式除了彼此是镜像之外,完全相同。
你的手是一个完美的类比。在结构上,它们是相同的,除了你不能将一个叠加在另一个之上。立体异构体也是如此。
奇怪的是,地球上的生命完全基于左旋分子。完全有可能制造出右旋版本,但生命就是不这样做。这种对左旋的偏好来自哪里是一个谜。一种理论认为,这种偏见来自彗星的化学物质内部。在彗星中,右旋分子可能被阳光(提供能量来触发化学反应)和液态水(有机化合物可以与之反应)的组合优先破坏。
菲莱号的COSAC 仪器旨在嗅探彗星的有机成分,并弄清楚它们是否看起来像生命的组成部分,以及更重要的是,彗星是否与地球上的生命一样偏爱左旋化学。
本土碎屑还是外星碎片
大多数理论认为,彗星是由与太阳系其余部分相同的星云形成的。但事实并非如此。它们可能是完全或部分早于太阳系的真正古老的星体,或者它们可能是最近聚集在这里的?菲莱号的Ptolemy 仪器旨在通过比较 67P 彗星中不同同位素的比率来回答这个问题。
给定元素由其原子核中的质子数定义。例如,碳总是具有六个质子。然而,中子数可以变化,产生碳-12(六个质子和六个中子)、碳-13(具有七个中子)和碳-14(具有八个中子)。所有这些不同的变体都被称为同位素。任何给定物体中这些同位素的比率会因其起源而异。由于太阳系中的物质或多或少来自同一个地方,因此太阳、地球和小行星的同位素碳比率几乎相同。
但是彗星可能不同,事实上,对海尔-波普彗星的遥感测量表明,它可能是一个太阳系外的外星人。问题是这些读数存在很大的不确定性,因此我们不能确定它们的准确性。通过将 Ptolemy 仪器发送到彗星表面,这一切都应该得到解决,因为其同位素测量值的准确性与在地球上进行的测量值一样,并且可以确认 67P 彗星的太阳或外星起源。
雪球工厂
如果彗星来自与太阳系其余部分相同的来源,那么它们是在哪里以及如何产生的呢?哈勃望远镜在海王星以外的柯伊伯带中发现了彗星,与此同时,奥尔特云(距离更远 10,000 倍)被认为包含可能反常地在木星和土星附近凝结的冰冷天体。
弄清楚 67P 可能起源于何处是APXS的任务,这是一种旨在确定彗星尘土部分元素组成的仪器。通过将其与我们对其起源更有信心的地球上的物质进行比较,我们应该能够找出 67P 的诞生地。
马克·洛奇不为任何可能从此文中获益的公司或组织工作、咨询、拥有股份或接受资金,也没有相关的隶属关系。
本文最初发表于The Conversation。阅读原文