近日，德國馬克斯普朗克天文學研究所生命起源實驗室負責人何佼博士團隊首次發現，星際塵埃表麵一氧化碳冰的結晶相變對宇宙中複雜分子的形成具有重要意義(yi) 。這一發現可能為(wei) 宇宙中生命起源之謎提供新線索。相關(guan) 成果發表在《天體(ti) 物理學雜誌快報》上。

　　生命起源一直是科學界的重大未解之謎。過去幾十年裏，天文學家在太空的星際雲(yun) 中發現了眾(zhong) 多有機分子，其中的複雜有機分子可能隨著隕石、彗星等落到地球上，成為(wei) 地球生命形成的基礎。要解開生命起源這一重大謎題，首先要解釋一個(ge) 關(guan) 鍵問題：這些啟動地球生命的重要有機分子，是如何在分子雲(yun) 稀薄且低溫的環境中形成的？

　　恒星之間的分子雲(yun) 密度非常低，即使是最密集的地方，大氣密度也僅(jin) 相當於(yu) 地球上大氣密度的百萬(wan) 億(yi) 分之一。在這種條件下，普通的化學反應很難發生。上世紀六十年代，科學家們(men) 提出了一個(ge) 構想：星際塵埃顆粒好像一個(ge) “微型宇宙實驗室”，複雜化學反應正是在這些“宇宙實驗室”裏發生的。這種塵埃顆粒基於(yu) 碳或矽酸鹽，直徑小於(yu) 一微米，通常形成於(yu) 冷恒星的外層或超新星爆炸。在星際分子雲(yun) 中，這些塵埃顆粒會(hui) 在外層積聚一層冰，而這些冰層就是一個(ge) 微小的“宇宙化學實驗室”。

　　這些冰層的厚度通常為(wei) 幾十個(ge) 單分子層，呈洋蔥狀結構。“洋蔥”的內(nei) 層主要是水冰，以及少量的二氧化碳、氨等分子。其外層主要是一氧化碳冰，以及甲醇或甲醛等有機物。它還可能含有氫和氧原子，以及其他化學活性特別高、特別可能參與(yu) 化學反應的被稱為(wei) “自由基”的化合物，如羥基、甲酰基、甲氧基、羥甲基等。

　　此前的實驗及理論研究表明，一氧化碳冰層中這些活性物質之間的化學反應形成了許多複雜有機分子。但科學家在解釋冰層裏的化學反應時，碰到了一個(ge) 難題：冰層溫度極低（約10開爾文，即零下263攝氏度），幾乎所有分子、原子和自由基都凍結成冰，嵌在一氧化碳冰中的反應物無法自由移動，也就不能聚集在一起完成化學反應。這就無法解釋太空中探測到的複雜有機物是如何形成的，也和以往的冰層裏複雜有機物生成相關(guan) 實驗研究結果相矛盾。

　　為(wei) 攻克這一難題，德國馬克斯普朗克天文學研究所與(yu) 美國雪城大學合作，設計了一係列模擬實驗，在實驗室中模擬致密分子雲(yun) 的超高真空以及極低溫條件，在水冰表麵覆蓋一氧化碳冰層，用以研究一氧化碳冰層的結晶過程。他們(men) 發現在大約10開爾文（致密分子雲(yun) 的典型溫度）左右時，一氧化碳冰層由非晶態（分子無序排列）變成多晶態（分子形成許多微小的晶體(ti) ），在這一過程中，嵌在一氧化碳冰層裏的其他分子和自由基可以在冰中移動並聚集成團，從(cong) 而發生化學反應，為(wei) 更複雜的化學反應鋪平了道路。

　　何佼博士在接受科技日報記者采訪時表示：“根據這一研究，我們(men) 推斷在恒星形成初期的星雲(yun) 環境下，大部分塵埃表麵的一氧化碳都處於(yu) 多晶態，結晶這一相變過程在宇宙中極為(wei) 常見；與(yu) 之同時發生的是各種複雜有機分子的生成。我們(men) 可以由此推斷，一氧化碳結晶相變對於(yu) 整個(ge) 宇宙中複雜有機分子生成，乃至最終生命的出現都具有相當重要的意義(yi) 。”

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