地球上最古老物质:默奇森陨石有 70 亿年历史

2020/12/21 9:58:03 来源:新浪科技 作者:叶倾城 责编:骑士

北京时间 12 月 21 日消息,据国外媒体报道,1969 年对于人类而言是一个非常重要的年份,美国宇航员尼尔 · 阿姆斯特朗登陆月球,完成这一壮举后说了一句经典名言——“这是我的一小步,却是人类的一大步!”然而,就在人类登上月球两个月之后,地球迎来了一位神秘 “太空访客”!它们的出现或将揭晓地球上最古老物质的 “真实身份”,能洞察太阳系和地球早期状况。

1969 年 9 月 28 日,当澳大利亚默奇森镇居民正在准备前往教堂,大约 10 点 48 分,人们发现空中出现一个亮橙色火球,伴随着一条蓝色烟雾尾迹向地面坠落,几分钟后,随着陨石碎片坠落地球,默奇森镇附近出现一声巨响,值得庆幸的是,除了谷仓的干草棚屋顶被砸毁之外,没有人受伤。

默奇森陨石的出现推动了科学家对人类历史的了解,并使我们对以下问题产生更深入的洞察:生命化学成分源自地球进化,还是来自外太空?

默奇森陨石颗粒有 70 亿年历史

默奇森陨石中的星尘颗粒是地球上最古老的固体物质,部分颗粒已有 70 亿年历史,然而太阳仅有 46 亿年历史,该陨石被认为是在恒星强化时期形成的。

由于陨石并不是一天时间形成的,所以它们会在太空中游荡,体积会随着时间推移而逐渐增大。陨石成分包含恒星、超新星和其他地外天体碎片,目前专家推测默奇森陨石颗粒的历史可追溯至 70 亿年前。

默奇森陨石属于一种碳质球粒陨石类型,其成分包含 2% 的碳(对陨石而言相当罕见)和被称为硅酸盐球的微小球粒,陨石中的颗粒被一种粘稠有机物粘在一起,闻起来就像腐烂的花生酱。

幸运的是,默奇森陨石到达地球时还很 “新鲜”,散发着浓烟,当它送到墨尔本大学时还在释放着气体,未受到地面任何污染。

球粒陨石是由气体云的残余物凝聚而成的首批固体物质,气体云是由形成太阳系的星尘组成,球粒陨石被认为是最原始、最罕见的太空岩石,因为它们很少暴露在极端高温环境。

这些陨石仍保存着太阳诞生的重要信息,它不像其他陨石,会受热引起化学变化而失去证据。

我们如何知道它比太阳更古老?

太空中遍布着宇宙射线,由碳化硅构成的星尘有时与这些高能量宇宙射线发生交互作用,这将导致硅分裂成氖、氦同位素,宇宙射线产生氖、氦遵循着一个特定速率,科学家可以利用该特性计算其年龄,进而推算出星尘的具体形成时间。

科学家在实验室从陨石中提取碳化硅球粒,然后这些样本放在质谱仪上,质谱仪将碳化硅球粒样本加热到一定温度,然后开始释放颗粒中被困的气体。同位素分析释放的气体将有助于确定它们是否由于宇宙射线的相互作用而产生,通过计算氖同位素分子数量,科学家还可以计算出陨石物质的年龄。

“新鲜”的默奇森陨石

陨石是太空探索的最廉价方式,因为它们坠落在地球表面,这些罕见的碳质球粒陨石为我们提供宇宙中复杂碳物质存在的相关证据。幸运的是,默奇森陨石到达地球时还很 “新鲜”,散发着浓烟,当它送到墨尔本大学时还在释放着气体,未受到地面任何污染。鉴于该样本具有重要研究价值,美国宇航局和其他研究机构将它与新获得的月球岩石样本一起研究分析。

对陨石的初步研究揭示了一些重要生物化学分子的存在,例如:氨基酸(生命基础物质)、甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸、缬氨酸和其他 4 种人体必需氨基酸。

陨石中存在的氨基酸是外消旋混合物(左旋分子和右旋分子的混合物),它们不像生命体仅倾向选择左旋氨基酸。

氨基酸分子并不像人类一样长有手臂,但是氨基酸手性分子具有左右对称结构,当你试着将氨基酸分子叠加在一起时,仍然可以看到拇指向不同方向伸出,因此,氨基酸分子的手性与人类手掌特征相似,但又不同。

类似地,一些复杂有机分子具有相同的分子式,但连接性不同,它们被称为 “手性分子”,它们是由 “偏手性”进行区分,现在我们再次回到陨石研究分析上。

经过 50 年的深入分析,科学家最终发现默奇森陨石中存在一些甜味分子,该陨石中包含复杂的糖和多元醇,这是 DNA 和 RNA 的基本组成部分。此外该陨石中还有一些生物必需糖物质,例如:二羟基丙酮(身体酶的前体物质)、甘油(有助于构建细胞膜)、核糖(DNA 成分)。

该发现对于化学家和生物学家而言意义重大,因为地外物体的糖化学性质可能是寻找生命起源的缺失环节。

如何有助于我们理解生命起源?

一些科学家认为,几十亿年前,当太空岩石轰击没有生命形式的地球时,那些对生命最关键的元素,例如:碳、氧、氮、硫和氢,被传递到了地球表面,当时的地球环境非常混乱。

该观点的提出源自米勒 - 尤里实验,它将开启生命起源前的化学世界,这是一个试图理解从简单分子形成复杂生物物质的化学进化研究领域。

1952 年,斯坦利 · 米勒和他的教授哈罗德 · 尤里设计了一项实验,模拟年轻地球生命开始绽放时的环境,在他们的仪器中,重新创造了一个充满原始汤的海洋环境,这里包含着气体和化学物质组成的混合物,能够产生复杂的生命构造化学物质。

混合物加热后暴露在光照之下,从而模拟太阳和地球热量,偶尔伴随着电火花模拟雷声,经过几天的设备运行,海洋的颜色开始逐渐变暗,对混合物的测试显示存在着许多复杂化学物质,其中少数是氨基酸。

1972 年,米勒更新了他的设备仪器,获得了编码氨基酸和其他蛋白质,这些物质在后来发现的默奇森陨石中被发现,这激起了专家们的好奇心,试图追溯年轻地球化学成分。

结论

默奇森陨石就像一个 “时间囊”,能够帮助我们理解太阳初期的特征,以及太阳系形成阶段的化学成分。

经过人类数千年文明发展,我们仍然不知道简单化学是如何变成自修复和自复制的复杂生物学,这些远古黑色岩石可以帮助我们找到相关答案,我们看得越近,就越能发现我们不知道的事物,正如卡尔 · 萨根所说:“宇宙就在我们心中,我们是由恒星组成,我们是宇宙认识自身的一种方式。”

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关键词:陨石地球

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