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火星陨石揭开火星有机分子的神秘面纱

本文作者:陈十五

导语

由日本东京工业大学地球生命科学研究所(ELSI)的科学家Atsuko Kobayashi和日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的科学家Mizuho Koike组成的研究团队在火星上发现了含氮有机物,这种有机物储藏在火星陨石的碳酸盐矿物中。自火星诺亚纪以来,这种有机材料有可能保存了40亿年之久。由于碳酸盐矿物通常会从地下水中沉淀出来,因此这一发现表明早期的火星可能富含有机物和水,有可能适合人类居住。

几十年来,科学家一直试图了解火星上是否存在有机化合物。如果存在,那它们又来自哪里?火星陨石是火星表面的一部分,它们本身可能会因为流星撞击而炸毁进入太空,最终降落在地球上,给科研团队提供了丰富的信息。其中一块重要火星陨石(ALH84001)包含橙色的碳酸盐矿物(图1),这些矿物是从40亿年前火星近地表的液态盐水中沉淀出来的。这些矿物记录了火星的早期水环境,因此许多研究团队试图通过了解它们的独特化学性质,来追溯火星的远古面貌。但是,先前的火星陨石样本遭受了冰雪及其他陆地物质的污染,因此很难判断陨石中有多少有机物质是真正来自火星。除碳元素之外,氮元素是地球生命的重要元素,也是行星系统进化的重要示踪剂。但是,由于先前的技术限制,ALH84001中尚未测量氮元素。

图1 火星陨石ALH 84001的岩石碎片(左)以及局部放大图(右)

(图片来源:Nature Communications)

近日,ELSI-JAXA联合团队使用了最先进的分析技术来研究ALH84001碳酸盐的氮含量,并宣布他们已经找到了火星40亿年前存在含氮有机物的可靠证据[1]

图2 火星含氮化合物的历史演化示意图

(图片来源:Nature Communications)

对于地外物质的研究,陆地物质的污染是一个棘手的问题。为了避免这种污染,研究小组开发了新技术来制备样品。他们在ELSI清洁实验室中使用银带剥离下陨石上的碳酸盐细小颗粒,然后使用扫描电子显微镜聚焦离子束进一步制备了这些晶粒,并除去可能的表面污染物。他们还使用了通过氮K-边缘X射线吸收光谱技术[2],该技术使他们能够检测到极少量的氮并确定氮的化学形式。经过仔细的污染检查后,研究小组确定检测到的有机物很可能是来自于火星。他们还确定了氮元素几乎不以硝酸盐的形式存在。因为硝酸盐是当前火星上的强氧化剂,这表明早期的火星上可能不含强氧化剂,而且科学家怀疑,它的氧化态应相对较低。

火星目前的表面过于极端,以至于大多数有机物都无法存在。但是,科学家预测有机化合物可以在近地表环境中保存数十亿年。团队在ALH84001碳酸盐中发现的含氮有机化合物似乎就是这种情况,这种碳酸盐似乎已被困在40亿年前的矿物中,并保存了很长一段时间,然后才最终被运送到地球(图2)。那么这些含氮有机物是来自何方?Kobayashi解释说:“主要有两种可能性:它们来自火星外部或者形成于火星自身。在太阳系历史的早期,富含碳的陨石,彗星以及灰尘颗粒给火星带来了大量有机物质,其中一些可能溶解在盐水中并被束缚在碳酸盐内部。”Koike补充认为,可是火星早期的化学反应产生了含氮有机物。他认为无论哪种方式,这个发现都表明火星在变成我们今天所知道的红色星球之前存在过有机氮。

参考文献

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