科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然
隼鳥(niǎo)2號(hào)于2014年12月從日本鹿兒島縣種子島宇宙中心發(fā)射升空，目標(biāo)是小行星“龍宮”——據(jù)認(rèn)為該小行星上存在可能代表了生命起源的有機(jī)物和水。
“龍宮”是一種非同尋常的C型小行星，和其他小行星相比，它保留了更多的原始外太陽(yáng)系物質(zhì)，受太陽(yáng)加熱的影響卻要小得多。
這意味著，它的樣本將為人類(lèi)揭開(kāi)更多謎底，同時(shí)，也帶來(lái)更多未知。
在太陽(yáng)系歷史早期就存在液態(tài)水
最初的地球望遠(yuǎn)鏡和來(lái)自隼鳥(niǎo)2號(hào)的遙感信息表明，“龍宮”可能含有有機(jī)物和少量的水（黏在礦物表面或包含在其結(jié)構(gòu)中）。然而，使用這種方法研究C型小行星非常困難，因?yàn)樗鼈兲盗耍玫降臄?shù)據(jù)幾乎沒(méi)有可用于識(shí)別特定物質(zhì)的信息。因此，采樣帶回是增加對(duì)這一類(lèi)型小行星理解的非常重要的一步。
2020年12月，大約5.4克樣本被帶回地球。最初，研究人員用配備金剛石刀的切片機(jī)切開(kāi)顆粒，獲得了樣品的外部和物理信息。在內(nèi)部，樣本顯示出凍融的紋理和不同礦物的細(xì)粒，其中一些粗粒成分分散在各處。大多數(shù)礦物是稱(chēng)為頁(yè)硅酸鹽（黏土）的含水硅酸鹽，它是通過(guò)非含水硅酸鹽礦物和液態(tài)水（水蝕變）的化學(xué)反應(yīng)形成的。這些證據(jù)連同凍融紋理一起，表明樣品在過(guò)去經(jīng)歷過(guò)液態(tài)水和冰凍水。
幾種代表性的“龍宮”小行星顆粒的外觀。
圖片來(lái)源：《日本學(xué)士院院刊》B系列第98輯
通過(guò)分析，研究人員發(fā)現(xiàn)水蝕變?cè)谔?yáng)系形成后前260萬(wàn)年達(dá)到峰值。這意味著來(lái)自“龍宮”的材料在太陽(yáng)系歷史的早期就存在液態(tài)水，而融化冰的熱量可能由放射性元素提供，這些元素只能維持相對(duì)較短的時(shí)間（幾乎所有元素在500萬(wàn)年之后都會(huì)消失）。在大部分放射性元素衰變后，“龍宮”會(huì)再次冷卻并凍結(jié)。
“龍宮”樣本顆粒的代表性部分的內(nèi)部特征。
圖片來(lái)源：《日本學(xué)士院院刊》B系列第98輯
“龍宮”還含有鉻、鈣和氧同位素，這表明它保存了來(lái)自原太陽(yáng)星云的最原始物質(zhì)。此外，來(lái)自“龍宮”的有機(jī)材料記錄了原始同位素特征，再加上豐富的水和缺乏任何內(nèi)太陽(yáng)系物質(zhì)或特征，這些都可表明，“龍宮”內(nèi)的物質(zhì)在太陽(yáng)系很早就黏在一起（吸積）并發(fā)生水性變化。
然而，為了形成液態(tài)水，通過(guò)放射性衰變加熱冰冷的巖石體，要求天體至少有幾十公里的大小。因此，“龍宮”最初一定是一個(gè)更大的天體（微行星）的一部分。
升華成為巖石小行星
冰冷的微行星被認(rèn)為是彗星的來(lái)源。彗星可通過(guò)碰撞分解而形成，如果“龍宮”的微行星前身在重新凍結(jié)后受到撞擊，那么就可產(chǎn)生一顆保留微行星許多原始特性的彗星。作為一顆彗星，碎片需要通過(guò)某種動(dòng)力路徑從外太陽(yáng)系移動(dòng)到內(nèi)太陽(yáng)系。
“龍宮”形成和演變的過(guò)程。
圖片來(lái)源：《日本學(xué)士院院刊》B系列第98輯
一旦進(jìn)入內(nèi)太陽(yáng)系，“龍宮”就會(huì)經(jīng)歷顯著的升華。先前研究中的建模表明，升華可增加“龍宮”旋轉(zhuǎn)的速率，并導(dǎo)致其獨(dú)特的旋轉(zhuǎn)頂部形狀。升華還可能導(dǎo)致水蒸氣射流的形成。
“龍宮”表面的冰完全升華后，形成了低密度、高孔隙度的巖石小行星。當(dāng)與水有關(guān)的過(guò)程停止時(shí)，太空風(fēng)化開(kāi)始了。隨著時(shí)間的推移，“龍宮”的表面受到來(lái)自太陽(yáng)風(fēng)的大量高能粒子以及來(lái)自太陽(yáng)和遙遠(yuǎn)恒星的宇宙射線(xiàn)的轟擊。粒子改變了“龍宮”表面的物質(zhì)，導(dǎo)致有機(jī)物的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。
這種太空風(fēng)化過(guò)程至今仍在繼續(xù)，不斷塑造著小行星，還將持續(xù)到未來(lái)。
那些關(guān)于生命起源的假設(shè)
盡管太空風(fēng)化作用會(huì)改變和破壞有機(jī)物質(zhì)中包含的信息，但通過(guò)對(duì)“龍宮”樣品的全面地球化學(xué)分析，仍檢測(cè)到了原始有機(jī)物。研究人員在“龍宮”粒子中檢測(cè)到了地球上每個(gè)生物體的蛋白質(zhì)中都存在的氨基酸。
發(fā)現(xiàn)形成蛋白質(zhì)的氨基酸很重要，因?yàn)椤褒垖m”并沒(méi)有像隕石那樣暴露在地球的生物圈中，因此檢測(cè)出氨基酸證明了地球上至少一些生命的組成部分可能是在太空環(huán)境中形成的。
關(guān)于生命起源的假設(shè)，例如涉及熱液活動(dòng)的假設(shè)，需要氨基酸來(lái)源，隕石和像“龍宮”這樣的小行星是強(qiáng)有力的候選者，因?yàn)樗鼈兒写罅康陌被?，而且這些物質(zhì)很容易被運(yùn)送到早期地球表面。此外，“龍宮”樣本的同位素特征表明，類(lèi)似“龍宮”樣本的物質(zhì)可能為地球提供了水，這是地球上生命起源和維持所必需的另一種資源。
以上研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)影響人類(lèi)采樣的最原始小行星的演化過(guò)程提供了寶貴的見(jiàn)解。這些見(jiàn)解已經(jīng)開(kāi)始改變?nèi)藗儗?duì)太陽(yáng)系歷史上發(fā)生的事件的理解。
未來(lái)對(duì)“龍宮”樣本展開(kāi)的進(jìn)一步研究，無(wú)疑將繼續(xù)推進(jìn)人們對(duì)太陽(yáng)系及其他太空領(lǐng)域的認(rèn)知。
