科学家深入研究陨石中的有机化学，揭示数万个碳基分子结构

科学家对两颗陨石内保存的有机化学物质进行了异常详细的研究，揭示了数以万计的碳基分子，并首次展示了单个分子的结构图像。此次研究汇聚了来自国家高磁场实验室（MagLab）、佛罗里达州立大学及布鲁克海文国家实验室的科学家。研究团队使用 MagLab 的超高分辨率质谱仪和布鲁克海文的原子级显微镜，检查了 1969 年在澳大利亚坠落的穆尔奇森陨石（Murchison meteorite）和 2019 年在哥斯达黎加坠落的阿瓜斯萨卡斯陨石（Aguas Zarcas meteorite）碎片。

研究结果发表在《行星科学期刊》（The Planetary Science Journal）上。

陨石作为化学时间胶囊

陨石可以作为化学时间胶囊，保存太阳系形成时期的材料。穆尔奇森陨石特别珍贵，因为它是一种碳质球粒陨石，含有大量有机物，自坠落以来已经进行了广泛的研究。新的分析使用了 MagLab 的 21Tesla 傅立叶变换离子回旋共振（FT-ICR）质谱仪，能够在极其复杂的混合物中区分出大量化合物。研究人员在分析之前，用有机溶剂溶解陨石的微小碎片。这一技术揭示了每颗陨石中数以万计的碳基分子组成。

这个数字并不意味着科学家识别出了数以万计的完全独特的分子结构。质谱分析主要揭示存在的分子式，而不同的分子结构可能拥有相同的分子式。

布鲁克海文的科学家佩西·扎尔（Percy Zahl）使用高分辨率非接触原子力显微镜检查陨石材料中的单个分子。该技术使用一个极其尖锐的探针悬停在表面上。显微镜并不会物理接触分子，而是测量探针与材料之间的相互作用来成像其结构。知道一个分子的元素组成并不一定能揭示其原子如何连接。不同的排列可能产生具有相同化学式但结构不同的分子。研究人员表示，在如此复杂的混合物中成功成像单个分子可能需要从几天到几个月的艰苦工作。

研究团队指出，这是第三次报告在陨石材料上使用此类显微镜。

不同陨石的化学特征

这一组合有效地为科学家提供了两种互补的视角：质谱提供了广泛的化学库存，而显微镜则可以揭示选定分子的结构。对穆尔奇森和阿瓜斯萨卡斯的比较产生了另一个重要结果。尽管这两颗陨石属于同一类碳丰富陨石，并且外观相似，但它们的分子指纹却有显著不同。只有相对较小的部分复杂分子组成重叠。这表明这些材料的母小行星在形成和随后演化过程中经历了不同的化学环境。这一结果增加了早期太阳系并不化学均匀的证据。

小行星可能经历不同组合的加热、改变、水驱动反应及其他过程，留下独特的化学特征，最终被输送到地球。穆尔奇森本身尤其古老。研究人员将其描述为至少有 55 亿年的历史，这使其比地球更古老，并提供了了解形成我们星球之前的材料的窗口。

这一发现并不显示生命，甚至是生命的直接前驱，来自这些陨石。相反，它展示了外星物质的化学丰富性。有机化合物在陨石中广泛存在，一些陨石保存了在太阳系形成的最早阶段之前或期间存在的材料。穆尔奇森陨石之前已经提供了前太阳粒子的证据，这些微小的材料在太阳形成之前产生，并在陨石内存活。拥有穆尔奇森陨石大部分的芝加哥田野博物馆（Field Museum）将其描述为最广泛研究的碳质球粒陨石之一。

新的工作将这一调查推向更精确的方向：不再仅仅问哪些元素和分子存活，而是开始确定单个外星分子的实际样貌。这种化学映射与分子成像的结合，可能为研究人员提供一幅更详细的早期太阳系有机库存图景，并帮助科学家更好地理解行星及最终生命出现的化学起始条件。

陨石研究对早期太阳系的启示

陨石的研究提供了对太阳系早期化学环境的深刻见解。穆尔奇森陨石的独特性质显示，陨石不仅保存了形成时期的材料，还反映了不同小行星的化学演化过程。这些发现强调了早期太阳系的化学多样性，并为理解生命起源的条件提供了重要线索。陨石中的有机化合物可能是生命的前驱，这进一步推动了对地外生命存在的探索。