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穿越镜子

研究人员在萨德伯里岩石中发现古老的有机碳分子,为了解陨石撞击和巴基球提供了新见解。

作者:Carl Zimmer
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杰弗里·巴达(Jeffrey Bada)实验室里那十几块小小的岩石毫不起眼,但绝非普通。它们来自安大略省萨德伯里附近的一个陨石坑,该陨石坑形成于 18.5 亿年前,当时一颗相当于珠穆朗玛峰大小的陨石撞击了地球。加拿大地质学家将这些岩石送给海洋学研究所的地球化学家巴达,看看它们是否含有任何有机碳分子。巴达认为不太可能:如果这些分子在撞击时没有被烧毁,它们很早就可能被贪婪的微生物破坏了。巴达把这些岩石放在架子上放了好几年。

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那是个错误。事实证明,这些岩石确实含有有机碳——以巴基球(buckyballs)的形式存在,这些分子状的足球因巴克敏斯特·富勒(Buckminster Fuller)及其测地线圆顶而得名。而且并非一般的巴基球——这些似乎是在太阳系外,一颗红巨星附近形成的。

自从发现巴基球以来,它们就出现在一些奇怪的地方,这也是促使巴达最终查看他的萨德伯里岩石的原因。他推断,如果巴基球能在蜡烛烟灰和闪电击中的土壤中形成,那么它们也许也能在陨石撞击中形成,由爆炸中蒸发的其他有机碳分子构成。与巴达从更新的撞击沉积物中提取的氨基酸不同,巴基球可能会永远留存——至少 18.5 亿年。巴达说,它们很稳定,没有任何东西会吃掉它们。

他把岩石交给一位名叫卢安·贝克尔(Luann Becker)的研究生进行分析。她溶解了岩石碎片,直到只剩下黑色、粉状的碳残留物。然后,她用一种名为甲苯的溶剂溶解了残留物。溶液变成了紫色——这是巴基球使甲苯变色的典型现象。

虽然有趣,但这并没有什么惊人的。但不久后,当贝克尔和巴达公布他们的研究结果时,其他实验室设法将原子捕获到巴基球的笼状结构中。如果斯克里普斯团队的想法是正确的,即他们的巴基球是在撞击过程中形成的,那么这项新研究表明,这些巴基球可能已经吞噬了来自 18.5 亿年前空气中的一些原子。贝克尔和巴达与罗切斯特大学的罗伯特·波雷达(Robert Poreda)合作,研究他们巴基球的内部成分。他们缓慢加热一些巴基球,以分解分子键并释放任何被捕获的原子——这时他们发现了一些令人惊讶的东西。

每百万个萨德伯里巴基球中,有一个会释放出一个氦原子。这听起来不多,但实际上数量之多,以至于这些巴基球不可能是在地球稀氦的大气中,在陨石撞击后形成的。事实上,它们一定是在一个氦气压力是地球整个大气压力 500 倍的地方形成的。巴达说,巴基球中不同类型氦同位素的比例提供了进一步的证据:这与太阳系中的任何东西都不同。巴达说,这让我们大吃一惊。

拥有如此丰富氦气的地方只有垂死的红巨星附近。巴达说,显然,这些巴基球是在数十亿年前形成于另一颗恒星附近,在我们的太阳系形成时被卷入一颗陨石,并在加拿大撞击中幸存下来——这次撞击释放的能量是全球核武库总和的 1000 倍。巴达推测,或许幸存下来的巴基球是陨石在大气中脱落的小碎片,并没有像主陨石那样猛烈撞击。

无论如何,巴达说,巴基球的幸存具有重要意义。地球上的生命需要碳基分子才能开始。但根据最佳估计,地球早期大气层并没有多少有机碳。这导致一些研究人员推测,陨石或彗星可能输送了有机碳。巴达曾是这一假说的许多批评者之一。他解释说,我一直反对撞击输送情景。这些是高能事件,有机分子非常脆弱,加热后会被破坏。

现在,巴达认为这个想法并非遥不可及。他说,研究人员证明自己错了的情况并不常见。但在这里萨德伯里,我们至少有一个有机碳分子幸存的例子。

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