化學揭開了在太空中形成生命構建模塊的可能途徑

【博科園-科學科普（關注「博科園」看更多）】科學家們已經使用實驗室實驗來追溯化學步驟，從而導致在空間中形成複雜的碳氫化合物，顯示出在混合加熱氣體中形成二維碳基納米結構的途徑。這項最新研究以能源部勞倫斯伯克利國家實驗室（伯克利實驗室）為實驗對象，可能有助於解釋芘的存在，這是一種稱為多環芳烴的化合物，以及一些隕石中的類似化合物。包括來自伯克利實驗室和加州大學伯克利分校的研究人員在內的一批科學家參加了這項研究，並於3月5日在自然天文學期刊上發表。這項研究由夏威夷大學馬諾阿分校的科學家領導，並且還參與了佛羅里達國際大學的理論化學家。

一個小行星帶圍繞著一個恆星。在一項新的研究中，伯克利實驗室的實驗探索了可能形成複雜碳氫化合物的化學途徑——就像在一些隕石樣本中發現的那樣在太空中。圖片版權：NASA/JPL-Caltech

伯克利實驗室化學科學部的科學家穆薩希德艾哈邁德說：這就是我們相信宇宙中第一批以碳為基礎的結構的一些進展。他和其他團隊成員一起在伯克利實驗室的高級光源（ALS）上進行實驗。從簡單的氣體開始，可以產生一維和二維結構，而芘可以將你導向二維石墨烯。從那裡你可以得到石墨，並開始更複雜的化學演變。芘具有由16個碳原子和10個氫原子組成的分子結構。研究人員發現，導致芘形成的相同的加熱化學過程也與汽車發動機中的燃燒過程以及煙灰顆粒的形成有關。最新的研究建立在早期的工作上，該工作分析了碳氫化合物與太空中觀察到的小分子環，包括土星的月亮泰坦 - 即苯和萘。

該研究的主要作者之一，也是夏威夷大學馬諾阿分校化學教授Ralf I. Kaiser說：當這些碳氫化合物首次出現在太空中時，人們非常激動。」例如純粹是通過混合氣體中的反應形成的，還是形成在水面上？在這個偵探工作中，天文學家和化學家之間有一種相互作用，試圖複述宇宙中生命的化學前體如何形成的故事。艾哈邁德說：我們與天文學家進行了很多交談，因為我們希望他們幫助弄清楚那裡有什麼，它告訴我們想想它是如何到達那裡的。凱澤指出，物理化學家，另一方面，可以幫助照亮可能導致空間合成特定分子的反應機制。

芘屬於一種稱為多環芳香族碳氫化合物（PAHs）的家族，據估計該碳氫化合物占我們星系中所有碳的約20％。PAHs是由一系列融合分子環組成的有機分子。為了探索這些環如何在太空中發展，科學家們努力合成這些分子和其他周圍已知存在於太空中的分子。參與研究的佛羅里達國際大學化學教授亞歷山大·梅貝爾說：一次建立一個環，一直在做這些環越做越大，這是一種非常簡化的方式，看著生命的起源：一次一塊。對於這項研究，研究人員探索了由複雜的碳氫化合物組成的被稱為4-菲基自由基的化學反應，其分子結構包括3個環的序列並總共包含14個碳原子和9個氫原子，與乙炔（兩個碳原子和兩個氫原子）。

該研究所需的化學化合物尚未在市場上銷售，加州大學伯克利分校化學助理教授菲利克斯菲舍爾也對研究做出了貢獻，因此他的實驗室準備了樣品，這些化學品在實驗室合成非常繁瑣。在ALS，研究人員將氣體混合物注入微反應器，將樣品加熱到高溫以模擬恆星的接近程度。ALS生成從紅外到X射線波長的光束，以支持來訪和內部研究人員進行的一系列科學實驗。氣體混合物以超音速通過微型噴嘴從微反應器中噴出，阻止活化的化學物質進入加熱室。研究小組隨後將來自同步加速器的真空紫外光束集中在加熱的氣體混合物上，該混合氣體將電子撞擊（稱為電離作用）。然後他們分析了使用帶電粒子檢測器的化學反應，該檢測器測量了電離後形成的粒子的不同到達時間。這些到達時間攜帶了母體分子的信號特徵。

這些實驗測量結合Mebel的理論計算，幫助研究人員看到化學反應的中間步驟，並確認反應中芘的產生。梅貝爾的研究表明芘（一種四環分子結構）是如何從一種被稱為菲的化合物（一種三環結構）中發展起來的。這些理論計算可用於研究各種現象，「從地球上的燃燒火焰到碳星和星際介質的外流」。K未來的研究可以研究如何使用相同的技術創建更大的環狀分子鏈，並探索如何從芘化學中形成石墨烯。夏威夷大學的團隊成員進行的其他實驗將研究當研究人員在冰冷的條件下混合碳氫化合物氣體並模擬宇宙輻射，看看這可能是否會激發生命承載分子的產生。必須有一些自我組織和自我組裝」來創造生命形式，最大的問題是，這是物理定律確實允許的東西。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

參考：Nature Astronomy

內容：經「博科園」判定符合今主流科學

來自：勞倫斯伯克利國家實驗室

編譯：中子星

審校：博科園

解答：本文知識疑問可於評論區留言

傳播：博科園

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