新实验表明 在覆盖有尘埃的新实薄冰上有复杂的地球化学

马克斯·普朗克天文研究所和耶拿大学的天文学家对自然界的微小深空实验室有了更清晰的认识：微小的尘埃颗粒覆盖着冰。这些颗粒看起来不是明覆蓬松的尘埃网络，而是尘埃薄薄的冰层，而不是薄地球规则形状的冰块厚厚地覆盖在冰上。特别是冰上，这意味着尘埃颗粒具有较大的化学表面，这是新实大多数化学反应发生的地方。因此，验表有复这种新结构对天文学家关于太空中有机化学的明覆观点具有根本的影响，因此对可能在地球生命起源中发挥重要作用的尘埃益生元分子的产生也具有重要意义。

在深空创造复杂的薄地球分子绝非易事。据目前所知，冰上发生必要反应的化学自然实验室是表面结冰的星际尘埃颗粒。现在，新实由MPIA实验室天体物理组的阿列克谢·波塔波夫在耶拿大学和他的同事们的新实验结果表明，现实条件下，在冰层可能是如此之薄的表面结构尘埃颗粒本身起着重要的作用。

这开辟了一个新的研究领域：对生命的有机前体分子的宇宙起源感兴趣的人将需要仔细研究宇宙尘埃颗粒表面的不同性质，以及它们与少量冰的相互作用。 ，以及由此产生的复杂环境在帮助合成复杂有机分子方面所起的作用。

当我们思考生活以及我们自己如何进入这个宇宙时，有几个重要步骤，包括物理，化学和生物学。据我们所知，最早的生物学故事发生在地球上，但无论是物理还是化学都并非如此：大多数化学元素，包括碳和氮，都是由恒星内部的核聚变产生的( “我们是明星人物，”卡尔·萨根(Carl Sagan)著名地说道。

分子，包括形成氨基酸所需的有机分子或我们自己的DNA，可以在星际介质中形成。在少数探针能够直接分析宇宙尘埃的情况下，即星尘和罗塞塔任务，分析发现了复杂的分子，例如简单的氨基酸甘氨酸。在行星系统演化的过程中，有机分子可以通过陨石和早期彗星传输到行星表面。

最初，这些分子如何在恒星之间几乎空的范围内形成，这根本不是一个简单的问题。在外层空间中，大多数原子和分子都是超薄气体的一部分，几乎没有任何相互作用，更不用说构建更复杂的有机分子所需的相互作用了。

在1960年代，对星际化学感兴趣的天文学家开始提出这样的想法，即星际尘埃可以充当“星际实验室”，这将促进更复杂的化学反应。这种晶粒，无论是碳基还是硅酸盐基，通常都在冷恒星的外层或超新星爆炸后形成。在气体和尘埃云中，不同种类的分子会粘附在(冷)谷物上，分子会积聚，最终会发生有趣的化学反应。具体而言，灰尘颗粒积聚冰幔(主要是水冰，还有一些其他分子，如一氧化碳)大约需要100,000年。然后，该冰冷层将充当一个微小的宇宙化学实验室。

对这个话题感兴趣的天文学家很快意识到，他们需要进行实验才能解释他们对星际气云的观察。他们将需要在地球上的实验室中研究被冰覆盖的尘埃颗粒及其与分子的相互作用。为此，他们将使用真空室，模拟空间的空度以及适当的温度。由于当时的假设是冰表面上的化学物质，因此在这种实验中使用冰层已成为惯例，这种冰层适用于普通表面，例如溴化钾(KBr)晶体板或金属表面。但是，新结果表明，充其量只是充其量只是一部分。

行星的形成以及对生命起源的探索，是马克斯·普朗克天文研究所(MPIA)的主要研究目标，而冰粒尘对这两者都起着重要作用。因此，自2003年以来，MPIA一直在耶拿的弗里德里希·席勒大学固态物理研究所设立了一个实验室天体物理和团簇物理小组。

该小组设备的一部分是可用于制造人造宇宙尘埃粒子的激光器。为此，将激光对准石墨样品，从表面侵蚀(消融)微小的颗粒，其直径仅为纳米(其中一纳米等于十亿分之一米)。当新论文的主要作者耶拿实验室天体物理学小组的阿列克谢·波塔波夫(Alexey Potapov)和他的同事研究这种人造尘埃颗粒时，会在表面上形成不同种类的冰，他们开始对化学上的标准图像产生怀疑。结冰的表面。

它们在实验室产生的尘埃颗粒并没有像洋葱那样完全被几层固态冰(水冰或一氧化碳冰)完全覆盖，而是尽可能多地贴近现实的深空条件，并进行了多次锯切形状-蓬松的灰尘和冰网络。

使用这种形状，它们的总表面积比简单形状大得多(几百倍)，这是改变分子云中检测到的水如何覆盖某些谷物的计算规则。由于表面积较小，因此被可用的水完全覆盖，因此我们到达的表面更扩展，在某些地方将具有较厚的层，而在其他地方，仅存在一层冰晶，这是因为没有足够的水覆盖几层冰，覆盖了所有巨大的表面积。

这种结构对冰尘颗粒作为微小的宇宙实验室的作用具有深远的影响。化学反应取决于已粘附在表面的分子，以及这些分子如何移动(消散)，与其他分子相遇，发生反应，变得粘附或不再粘附。在新的，蓬松的，尘土飞扬的宇宙实验室中，这些环境条件完全不同。

Potapov说：“现在，我们知道尘粒的重要性，新的参与者已经进入了天化学竞赛。了解新参与者可以使我们有更好的机会了解在稍后阶段可能导致化学反应的基本化学反应。生命出现在宇宙中。”

同样，如果谷物没有隐藏在厚厚的冰层下，而是可以与粘附在表面的分子相互作用，则它们可以充当催化剂，仅通过它们的存在即可改变化学反应的速率。突然，某些形成有机分子(如甲醛)或某些氨化合物的反应应变得更加普遍。两者都是益生元分子的重要前体，因此焦点的改变将直接影响我们对地球化学生命史的解释。

共同作者兼MPIA总监Thomas Henning表示：“这些是寻找太空中复杂分子形成的令人振奋的新方向。作为后续行动，MPIA刚刚开设了新的“生命起源”实验室。新型的研究。”

一般而言，新的结果以及先前实验中获得的许多类似结果构成了对天体化学界的警钟：如果您想了解星际介质中的天体化学及其对生命起源的影响，远离冰冷的洋葱。拥抱灰尘表面的作用。拥抱大自然的微小宇宙实验室可能蓬松的事物。

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