撰文丨李明濤（中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心研究員）

近日，由美國哈佛-史密森天體物理中心領(lǐng)銜的國際科學(xué)家團隊，利用智利阿塔卡瑪大型毫米波天線陣列，在年輕恒星周圍的行星形成盤內(nèi)首次檢測到罕見的甲醇同位素信號，為破解生命形成之謎提供了關(guān)鍵鑰匙。

什么是行星形成盤？為何行星形成盤被稱為宇宙中神奇的化學(xué)實驗室？行星形成盤內(nèi)首次檢測到甲醇同位素信號，這意味著什么？為何說這一發(fā)現(xiàn)為破解生命形成之謎提供了關(guān)鍵鑰匙？

行星形成盤，也被稱為原行星盤，是圍繞年輕恒星的盤狀結(jié)構(gòu)，主要由氣體和塵埃組成。它是恒星形成后殘留的物質(zhì)聚集區(qū)，也是行星、小行星、彗星等天體的 “誕生地”。例如，太陽系形成初期也存在類似的盤狀結(jié)構(gòu)，地球、木星等行星正是在其中通過塵埃逐級聚合、碰撞、吸積逐步形成的。

行星形成盤是復(fù)雜有機分子合成的理想場所，原因在于其獨特的環(huán)境條件：1）豐富的原材料——行星形成盤中含有大量星際冰晶、氣體和塵埃，為復(fù)雜分子的合成提供了充足的物質(zhì)基礎(chǔ)；2）多樣的溫度梯度——靠近恒星的高溫區(qū)域溫度可達(dá)上千攝氏度，而外圍的低溫區(qū)域溫度可達(dá)零下260攝氏度，為不同化學(xué)反應(yīng)提供適宜的溫度條件；3）豐富的能量來源——恒星的紫外輻射、宇宙射線等能量，可打破簡單分子的化學(xué)鍵，促使其重新組合成更復(fù)雜的有機分子；4）物質(zhì)混合機制——盤內(nèi)的湍流運動、塵埃顆粒碰撞、引力擾動會推動不同區(qū)域的物質(zhì)混合，讓簡單分子有機會接觸并發(fā)生反應(yīng)，逐步生成生命所需的基礎(chǔ)原料。

行星形成盤內(nèi)豐富的物質(zhì)在溫度梯度、恒星紫外輻射、宇宙射線及湍流運動，共同構(gòu)成一個神奇的“分子組裝工廠”：簡單分子在塵埃冰殼上經(jīng)光化學(xué)反應(yīng)重組，逐步生成復(fù)雜有機物，構(gòu)成生命起源的基礎(chǔ)材料。

在年輕恒星的行星形成盤中發(fā)現(xiàn)罕見甲醇同位素對破解生命形成之謎具有重要意義：

1）表明生命原料在宇宙中具有普遍性——甲醇是一種重要的簡單有機分子，是構(gòu)建氨基酸、糖類等復(fù)雜生命分子的關(guān)鍵前體分子。在年輕恒星的行星盤中發(fā)現(xiàn)甲醇，暗示生命原料的形成并非太陽系獨有，而是在宇宙中普遍存在的現(xiàn)象。

2）驗證了生命原料的輸送機制——甲醇同位素的比例與太陽系內(nèi)彗星中的比例一致，支持了 “彗星輸送假說”：行星形成盤中的有機分子會凍結(jié)成冰晶，聚集形成彗星；彗星通過撞擊年輕行星表面，將這些分子 “播撒” 到行星上。例如，地球早期的水和部分氨基酸可能就來自彗星撞擊。該機制的普遍性，意味著其他行星系統(tǒng)也可能通過同樣的方式獲得生命原料。

3）暗示了更復(fù)雜有機分子的存在——此次發(fā)現(xiàn)的甲醇同位素含量僅為普通甲醇的 1/100-1/10，但其信號仍能被阿塔卡瑪大型毫米波天線陣列捕捉到。意味著行星形成盤中可能存在更豐富的復(fù)雜有機分子，構(gòu)成蛋白質(zhì)的甘氨酸等，只是目前受限于觀測靈敏度尚未被發(fā)現(xiàn)。未來通過更高精度的設(shè)備，有望探測到這些分子，進(jìn)一步完善生命原料的 “分子鏈條”。

4）為地外生命搜尋提供了新方向——研究指出生命原料最可能富集在距離恒星約24億公里的塵埃環(huán)帶，該區(qū)域相當(dāng)于太陽系中海王星軌道外的柯伊伯帶。該區(qū)域低溫且富含冰晶，是彗星形成的理想場所，未來的探測任務(wù)可優(yōu)先關(guān)注此類區(qū)域。

從生命原料到生命形成是個復(fù)雜的過程。在恒星周圍的行星形成盤內(nèi)首次檢測到罕見的甲醇同位素信號，不僅表明了生命原料在宇宙中的普遍性，也驗證了生命原料的輸送機制，更為未來地外生命搜尋提供了新方法。期待未來能夠取得更多科學(xué)發(fā)現(xiàn)，早日完成從“簡單分子-復(fù)雜分子-生命物質(zhì)-生命現(xiàn)象”的拼圖，讓人類離破解 “生命如何在宇宙中誕生” 更近一步。

來源: 返樸

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