地球最古老物質是什麼?默奇森隕石有70億年歷史

12月21日消息,據國外媒體報道,1969年對於人類而言是一個非常重要的年份,美國宇航員尼爾·阿姆斯特朗登陸月球,完成這一壯舉後說了一句經典名言——「這是我的一小步,卻是人類的一大步!」然而,就在人類登上月球兩個月之後,地球迎來了一位神秘「太空訪客」!它們的出現或將揭曉地球上最古老物質的「真實身份」,能洞察太陽系和地球早期狀況。

1969年9月28日,當澳大利亞默奇森鎮居民正在准備前往教堂,大約10點48分,人們發現空中出現一個亮橙色火球,伴隨着一條藍色煙霧尾跡向地面墜落,幾分鍾後,隨着隕石碎片墜落地球,默奇森鎮附近出現一聲巨響,值得慶幸的是,除了谷倉的乾草棚屋頂被砸毀之外,沒有人受傷。

地球最古老物質是什麼?默奇森隕石有70億年歷史

默奇森隕石的出現推動了科學家對人類歷史的了解,並使我們對以下問題產生更深入的洞察:生命化學成分源自地球進化,還是來自外太空?

默奇森隕石顆粒有70億年歷史

默奇森隕石中的星塵顆粒是地球上最古老的固體物質,部分顆粒已有70億年歷史,然而太陽僅有46億年歷史,該隕石被認為是在恆星強化時期形成的。

由於隕石並不是一天時間形成的,所以它們會在太空中游盪,體積會隨着時間推移而逐漸增大。隕石成分包含恆星、超新星和其他地外天體碎片,目前專家推測默奇森隕石顆粒的歷史可追溯至70億年前。

默奇森隕石屬於一種碳質球粒隕石類型,其成分包含2%的碳(對隕石而言相當罕見)和被稱為硅酸鹽球的微小球粒,隕石中的顆粒被一種粘稠有機物粘在一起,聞起來就像腐爛的花生醬。

地球最古老物質是什麼?默奇森隕石有70億年歷史

幸運的是,默奇森隕石到達地球時還很「新鮮」,散發着濃煙,當它送到墨爾本大學時還在釋放着氣體,未受到地面任何污染。

球粒隕石是由氣體雲的殘余物凝聚而成的首批固體物質,氣體雲是由形成太陽系的星塵組成,球粒隕石被認為是最原始、最罕見的太空岩石,因為它們很少暴露在極端高溫環境。

這些隕石仍保存着太陽誕生的重要信息,它不像其他隕石,會受熱引起化學變化而失去證據。

我們如何知道它比太陽更古老?

太空中遍布着宇宙射線,由碳化硅構成的星塵有時與這些高能量宇宙射線發生交互作用,這將導致硅分裂成氖、氦同位素,宇宙射線產生氖、氦遵循着一個特定速率,科學家可以利用該特性計算其年齡,進而推算出星塵的具體形成時間。

科學家在實驗室從隕石中提取碳化硅球粒,然後這些樣本放在質譜儀上,質譜儀將碳化硅球粒樣本加熱到一定溫度,然後開始釋放顆粒中被困的氣體。同位素分析釋放的氣體將有助於確定它們是否由於宇宙射線的相互作用而產生,通過計算氖同位素分子數量,科學家還可以計算出隕石物質的年齡。

「新鮮」的默奇森隕石

隕石是太空探索的最廉價方式,因為它們墜落在地球表面,這些罕見的碳質球粒隕石為我們提供宇宙中復雜碳物質存在的相關證據。幸運的是,默奇森隕石到達地球時還很「新鮮」,散發着濃煙,當它送到墨爾本大學時還在釋放着氣體,未受到地面任何污染。鑒於該樣本具有重要研究價值,美國宇航局和其他研究機構將它與新獲得的月球岩石樣本一起研究分析。

對隕石的初步研究揭示了一些重要生物化學分子的存在,例如:氨基酸(生命基礎物質)、甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸、纈氨酸和其他4種人體必需氨基酸。

隕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),它們不像生命體僅傾向選擇左旋氨基酸。

氨基酸分子並不像人類一樣長有手臂,但是氨基酸手性分子具有左右對稱結構,當你試着將氨基酸分子疊加在一起時,仍然可以看到拇指向不同方向伸出,因此,氨基酸分子的手性與人類手掌特徵相似,但又不同。

類似地,一些復雜有機分子具有相同的分子式,但連接性不同,它們被稱為「手性分子」,它們是由「偏手性」進行區分,現在我們再次回到隕石研究分析上。

經過50年的深入分析,科學家最終發現默奇森隕石中存在一些甜味分子,該隕石中包含復雜的糖和多元醇,這是DNA和RNA的基本組成部分。此外該隕石中還有一些生物必需糖物質,例如:二羥基丙酮(身體酶的前體物質)、甘油(有助於構建細胞膜)、核糖(DNA成分)。

該發現對於化學家和生物學家而言意義重大,因為地外物體的糖化學性質可能是尋找生命起源的缺失環節。

如何有助於我們理解生命起源?

一些科學家認為,幾十億年前,當太空岩石轟擊沒有生命形式的地球時,那些對生命最關鍵的元素,例如:碳、氧、氮、硫和氫,被傳遞到了地球表面,當時的地球環境非常混亂。

該觀點的提出源自米勒-尤里實驗,它將開啟生命起源前的化學世界,這是一個試圖理解從簡單分子形成復雜生物物質的化學進化研究領域。

地球最古老物質是什麼?默奇森隕石有70億年歷史

1952年,斯坦利·米勒和他的教授哈羅德·尤里設計了一項實驗,模擬年輕地球生命開始綻放時的環境,在他們的儀器中,重新創造了一個充滿原始湯的海洋環境,這里包含着氣體和化學物質組成的混合物,能夠產生復雜的生命構造化學物質。

混合物加熱後暴露在光照之下,從而模擬太陽和地球熱量,偶爾伴隨着電火花模擬雷聲,經過幾天的設備運行,海洋的顏色開始逐漸變暗,對混合物的測試顯示存在着許多復雜化學物質,其中少數是氨基酸。

1972年,米勒更新了他的設備儀器,獲得了編碼氨基酸和其他蛋白質,這些物質在後來發現的默奇森隕石中被發現,這激起了專家們的好奇心,試圖追溯年輕地球化學成分。

結論

默奇森隕石就像一個「時間囊」,能夠幫助我們理解太陽初期的特徵,以及太陽系形成階段的化學成分。

經過人類數千年文明發展,我們仍然不知道簡單化學是如何變成自修復和自復制的復雜生物學,這些遠古黑色岩石可以幫助我們找到相關答案,我們看得越近,就越能發現我們不知道的事物,正如卡爾·薩根所說:「宇宙就在我們心中,我們是由恆星組成,我們是宇宙認識自身的一種方式。」(葉傾城)

來源:cnBeta