科學家深入研究隕石中的有機化學，揭示數萬種碳基分子結構

科學家對兩顆隕石內保存的有機化學物質進行了異常詳細的研究，揭示了數以萬計的碳基分子，並首次展示了單個分子的結構圖像。此次研究匯聚了來自國家高磁場實驗室（MagLab）、佛羅裏達州立大學及布魯克海文國家實驗室的科學家。研究團隊使用 MagLab 的超高解像度質譜儀和布魯克海文的原子級顯微鏡，檢查了 1969 年在澳大利亞墜落的穆爾奇森隕石（Murchison meteorite）和 2019 年在哥斯達黎加墜落的阿瓜斯薩卡斯隕石（Aguas Zarcas meteorite）碎片。

研究結果發表在《行星科學期刊》（The Planetary Science Journal）上。

隕石作為化學時間膠囊

隕石可以作為化學時間膠囊，保存太陽系形成時期的材料。穆爾奇森隕石特別珍貴，因為它是一種碳質球粒隕石，含有大量有機物，自墜落以來已經進行了廣泛的研究。新的分析使用了 MagLab 的 21Tesla 傅立葉變換離子迴旋共振（FT-ICR）質譜儀，能夠在極其複雜的混合物中區分出大量化合物。研究人員在分析之前，用有機溶劑溶解隕石的微小碎片。這一技術揭示了每顆隕石中數以萬計的碳基分子組成。

這個數字並不意味著科學家識別出了數以萬計的完全獨特的分子結構。質譜分析主要揭示存在的分子式，而不同的分子結構可能擁有相同的分子式。

布魯克海文的科學家佩西·扎爾（Percy Zahl）使用高解像度非接觸原子力顯微鏡檢查隕石材料中的單個分子。該技術使用一個極其尖銳的探針懸停在表面上。顯微鏡並不會物理接觸分子，而是測量探針與材料之間的相互作用來成像其結構。知道一個分子的元素組成並不一定能揭示其原子如何連接。不同的排列可能產生具有相同化學式但結構不同的分子。研究人員表示，在如此複雜的混合物中成功成像單個分子可能需要從幾天到幾個月的艱苦工作。

研究團隊指出，這是第三次報告在隕石材料上使用此類顯微鏡。

不同隕石的化學特徵

這一組合有效地為科學家提供了兩種互補的視角：質譜提供了廣泛的化學庫存，而顯微鏡則可以揭示選定分子的結構。對穆爾奇森和阿瓜斯薩卡斯的比較產生了另一個重要結果。儘管這兩顆隕石屬於同一類碳豐富隕石，並且外觀相似，但它們的分子指紋卻有顯著不同。只有相對較小的部分複雜分子組成重疊。這表明這些材料的母小行星在形成和隨後演化過程中經歷了不同的化學環境。這一結果增加了早期太陽系並不化學均勻的證據。

小行星可能經歷不同組合的加熱、改變、水驅動反應及其他過程，留下獨特的化學特徵，最終被輸送到地球。穆爾奇森本身尤其古老。研究人員將其描述為至少有 55 億年的歷史，這使其比地球更古老，並提供了了解形成我們星球之前的材料的窗口。

這一發現並不顯示生命，甚至是生命的直接前驅，來自這些隕石。相反，它展示了外星物質的化學豐富性。有機化合物在隕石中廣泛存在，一些隕石保存了在太陽系形成的最早階段之前或期間存在的材料。穆爾奇森隕石之前已經提供了前太陽粒子的證據，這些微小的材料在太陽形成之前產生，並在隕石內存活。擁有穆爾奇森隕石大部分的芝加哥田野博物館（Field Museum）將其描述為最廣泛研究的碳質球粒隕石之一。

新的工作將這一調查推向更精確的方向：不再僅僅問哪些元素和分子存活，而是開始確定單個外星分子的實際樣貌。這種化學映射與分子成像的結合，可能為研究人員提供一幅更詳細的早期太陽繫有機庫存圖景，並幫助科學家更好地理解行星及最終生命出現的化學起始條件。

隕石研究對早期太陽系的啟示

隕石的研究提供了對太陽系早期化學環境的深刻見解。穆爾奇森隕石的獨特性質顯示，隕石不僅保存了形成時期的材料，還反映了不同小行星的化學演化過程。這些發現強調了早期太陽系的化學多樣性，並為理解生命起源的條件提供了重要線索。隕石中的有機化合物可能是生命的前驅，這進一步推動了對外星生命存在的探索。