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文|盘虎说

编辑|盘虎说

(资料图片)

«——【·前言·】——»

获取和描述太阳系的有机物质对于理解我们的太阳系成为适合居住的过程至关重要。

暴露在大型小行星的陨石坑，具有丰富的有机化合物，为研究太阳系有机化学和长期居住的潜力提供了一个自然实验室。

对于谷神星来说，表面探索的代价是发现和新前沿，谷神星可能拥有可居住的环境，可能是其历史上的某个时候生命的早期。谷神星的有机物质非常丰富，可以从轨道上看到，谷神星的表面跨度地质上古老的区域，有着一些浓度多样的有机化合物和明亮的区域。

在整个太阳系的历史上，辐射处理一直是影响有机进化的一个主要因素，包括降解化合物和增加有机进化的复杂性。需要对这两个方面的实验室调查，包括水反应的产物，以推进我们对宜居世界的理解。

有机材料可以维持生命。获取和描述太阳系的有机物质是理解太阳系世界变得可居住和，是理解从太阳系形成到现在的有机演化需要识别前体分子和阐明合成和修饰的途径。

其中最主要的是光和辐射分解过程以及水蚀变或变质作用，它们产生与生物前化学相关的有机化合物。太阳辐射是年轻太阳系中最大的能量来源，在星子吸积之前影响有机物，然后影响行星表面的有机物。

通过辐射分解、光解或光激发合成和修饰的有机物质，通过辐射和冲击热驱动的水和岩石的相互作用在行星体中发生反应。

谷神星和小行星一样，是有机进化的记录守护者

理解推动有机物质合成和进化的过程，使世界的宜居性离开地球。世界上最适合研究非生物有机进化的是有机合成正在进行中的和有机化合物丰富的地方。虽然有机合成可以在大气中进行，但导致生命的化学复杂性可能需要对化合物进行额外的内源处理。

很少有可到达的太阳系地区满足所有三个标准，一部分原因是因为它们的相互作用。例如，地球正在进行的内源性非生物有机合成为生命提供了食物，其消耗导致了一小部分非生物有机化合物的产生。

太阳系有机物的记录被保存下来，尽管可能被降解，在碳质球粒陨石中，但是最近合成的较少被修饰的产物是完全可能不存在的。这三种情况都可能在海洋世界的内部得到满足，但被大气表面的物理和化学相互作用所掩盖。

大型原行星是那些向类地行星输送水和有机物质的原行星的幸存者，它们拥有既内源性又有着丰富的有机物质。在碳质原行星中，谷神星是最著名的代表，也许也可能是唯一一个既有古代有机物质记录和内生合成可能继续到今天的行星。

谷神星的表面区域从太阳系早期一直延伸到现在，大部分暗表面可能出现在太阳系历史早期，由于小行星膨胀，与水改变的碳浓度高的内生物质混合，谷神星的表面可能含有高达20%的碳，是碳质球粒岩的5倍多。

叶状硅酸盐、磁铁矿、碳酸盐和高碳含量的共存意味着岩水蚀变在促进广泛的碳化学中发挥了重要作用。

有些年龄不确定的地区是有机热点地区。厄尔努特陨石坑虽然没有显示出任何突出的形态，但它是一个富含有机碳的有机化合物的斑块，横跨其边缘的一部分。

这是令人惊讶的，因为有机化合物倾向于降解为6碳环结构和由于空间风化而变成无序碳。因此，从轨道上看到的不完全有机碳的存在表明了最近这些化合物合成是从地下挖掘中得到的新来源。

虽然谷神星是唯一一个被详细研究的大型碳质无空气世界，但它可能不是唯一一个跨越太阳系历史的丰富的内生有机物质。第三大和第四大物体，也有表面组成，这让人联想到碳质球粒岩。

这些500公里级的物体不太可能仅通过辐射加热来保存任何液体，因为即使是谷神星也处于完全冻结的边缘；因此，这些天体最近或目前任何地质上的有机合成都取决于它们最近被能够产生局部熔化的撞击器的轰击。然而，在最佳分辨率图像中缺乏亮点，并不预示着最近合成的有机化合物的存在。

另一方面，这些物体和其他物体显示出相了对于谷神星的成分变化，碳质星子组成的多样性将有助于告知早期有机合成条件的多样性。

对单个站点和多个站点进行采样。在Dawn测量的灵敏度和空间分辨率上，谷神星表面新合成化合物（如欧卡托球部）和富含有机物（如核）的区域相距很远，尽管所有位置普遍存在的风化层中都含有丰度大于碳质线粒岩的古代有机物质。

就推进剂而言，谷神星的移动是昂贵的，但在新边界成本上限内，在相距几十公里的地点之间跳跃是可行的。

同样，取样不同于谷神星的碳质原行星组成，可能需要访问其他物体。这就带来了可访问的有机合成物的多样性和访问它所需的任务范围之间的贸易。为了增加科学回报和增加成本，可能的选择包括，对谷神星以外的原行星，证明了地质上看似古老的有机物质可以通过望远镜发现。

即使使用现有资产，这些物体获得的数据质量，表明了望远镜获得此类证据的潜力。在谷神星进行的单位点现场调查，能够确定谷神星表面的一个或多个组成单元的有机质组成。在Ceres进行的移动现场调查，能够进行详细的有机质成分分析。样本从Ceres返回，PMCS报告的特点是在新鲜蒸发岩的单一地点取样，其他地点可能也是可行的。

«——【·有机材料辐射处理·】——»

今天，水和岩石的相互作用几乎已经停止，但其暴露在小行星表面的有机产物继续进行辐射处理。将辐射处理后的表面位置与之前的有机演化的驱动因素中分离出来，对理解太阳系中可居住环境的出现和持久性提出了挑战。

辐射产生了有机物质，有机化合物可以由含碳冰（如CO、二氧化碳、甲烷、氢氰酸）通过放射性分解或紫外光解驱动的化学反应形成。

这在极寒冷的环境中得到了最广泛的研究，如太阳系的彗星形成区域、分子云和星际介质。银河宇宙射线的辐射分解可能在月球和水星的暗极形成了有机物质。此外，在太阳系小体表面存在的不同矿物样品的前体分子，实验合成了复杂的生化化合物。

辐射会带走有机物，随着时间的推移，类似于星际物质的碳质物质的离子辐照显然会导致脂肪族C-H特征的破坏。Ceres的应用其中γ射线照射降解氨基酸的实验结果与Ceres辐射通量的估计相结合，计算分子随时间变化的存活分数。

辐射在保存几厘米深的地方增加，因为在5厘米时，大部分太阳辐射被吸收，而银河宇宙辐射（GCR）在5到10厘米之间缓慢减少。这些结果表明，关键有机化合物的丰度，如氨基酸，如果放置在谷神星表面几厘米处的贫冰风化层中，应该在数千万年内保持在相同的数量级。也就是说，在最近的地表位置，没有显著的变化（相对于测量技术的检测极限）。

他们还表明，有机化合物可以嵌入的矿物学可以显著影响它们的生存，迄今为止的实验在探索这个基本参数空间时，只是触及了表面。

«——【·实验·】——»

表面有机物质的成分和背景测量以天文学和地质学的观测技术为基础，但重建有机物质的形成和演化也需要实验化学。即使在原位或样品返回调查中确定了有机物的浓度和分子分布，也需要对类似于谷神星和小行星上推断的物质进行实验辐照和水热处理，以坚定地评估这类化合物的来源。

这些例子是值得注意的实验结果，虽然不能完全代表小行星或谷神星表面，但碳质球粒岩的辐照产生可见和近红外光谱变化，对富碳或贫碳的物体呈反变红/变暗趋势。这就提供了一种通过光谱学来限制行星表面的暴露年龄的方法。

在模拟暴露于高能辐射下的冰尘颗粒内部结构的实验中，多肽由单个氨基酸形成的。过去的水蚀变实验从一个前体开始产生了数百个给定化合物分子，导致有机分子隔离在叶硅酸盐内（至少7%），生产不溶性聚合碳结构和氨基酸。

进行更多的模拟实验，就需要重建在谷神星这样的世界，来观察早期和当前的有机含量，这是一个有价值的尝试，通过辐照和水热处理实验对有机化合物的形成进行系统的研究。由于有机物可以与矿物紧密混合（通常是片状硅酸盐和盐也可以），正如在碳质线粒岩和谷神星上观察到的那样，可以仔细研究矿物（如片状硅酸盐和盐）对有机物在辐照行星表面的生存能力的影响。

«——【·笔者认为·】——»

而同位素线索，有机物质的稳定同位素组成是理解其起源和历史的另一个关键组成部分。线粒质中有机化合物的分析揭示了同位素的同位素比值，特别是H、C、N和O的值，这通常不同于那些典型的陆地生物标志物。

这一观察结果有助于通过筛选地球污染来识别陨石母体上的非生物有机化学产物。稳定同位素也提供了一种方法来测试在谷神星假设关于有机化合物的起源和修改历史。稳定的同位素比率应该是谷神星的现场任务和样品返回的关键测量方法。因此，在上述支持的实验途径中纳入同位素测量是必要的。

这是理解太阳系世界成为适合居住的过程，需要对谷神星（以及像小行星一样）探索和有机化学实验，是必要的任务测量。

«——【·参考文献·】——»