NASA 的新小行星樣本已在改寫太陽系歷史

M隕石是來自時間深處的信使——與我們的太陽一同由早於我們恆星的原始物質形成的，從小行星和彗星上剝落的碎片。但是，它們的資訊常常因與地球的最後相遇而變得模糊不清——在它們猛烈地衝入我們星球的大氣層時被燒焦，並被我們世界不斷變化的環境所汙染。而且，與典型的丟失郵件不同，它們沒有回郵地址來揭示其來源。但是，如果希望成為我們太陽系早期歷史學家的科學家能夠避開這些問題會怎樣？與其僅僅依靠隕石所包含的宇宙歷史中隨機、分散的章節，直接訪問太空最古老的檔案——小行星和彗星——去帶回完整的地質書籍來閱讀，豈不是更好嗎？

NASA 的起源、光譜釋義、資源識別與安全-風化層探測器（OSIRIS-REx）航天器在 2020 年就做到了這一點，當時它俯衝到近地小行星本努的表面，取回了一些至少有 45 億年曆史的岩石。去年九月，它返回地球並將它們卸下。這不是第一個（或第二個）盜取小行星樣本的航天器。但它帶回了迄今為止最大的樣本：重達 121.6 克來自太陽系黎明的原始物質。

幾乎在樣本返回艙降落在地球上後，科學家們就開始了他們的法醫檢查。今年早些時候，他們向全世界展示了他們的首批深入發現。他們的分析是初步的，但似乎本努的原始形態出奇地熟悉。數十億年前，本努顯然是一個富含水的世界的一部分，一個擁有跳動地質心臟和豐富益生元有機物質的世界，現在早已消失。在許多方面，這個無名的世界可能與早期毫無生機的地球有著相似之處。“本努字面上在其礦物質中攜帶了生命的基石，”倫敦大學學院的天體生物學家 Louisa Preston 說。

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數十億年前，本努顯然是一個富含水的世界的一部分，一個擁有跳動地質心臟和豐富益生元有機物質的世界。

更確鑿的結論即將到來，但現在已經清楚的是，這些珍貴的本努碎片蘊藏著巨大的潛力。“我們試圖透過這些樣本來了解地球是如何形成的——不僅僅是它的水，不僅僅是它的益生元化合物，而是地球本身是如何形成的，”羅文大學地質學家兼 OSIRIS-REx 專案的任務樣本科學家 Harold Connolly 說。

而且這不僅僅關乎我們這顆藍綠色的星球。一些樣本的微觀顆粒表明，本努的奧德賽在我們太陽的第一把火燃燒之前就開始了，這意味著行星科學家可以用它來幫助回答他們領域最重大的問題之一。“太陽系的初始礦物學是什麼？那些塵埃來自哪裡？它們都來自一顆恆星，還是多代恆星或不同型別的恆星？”倫敦自然歷史博物館的隕石學家和 OSIRIS-REx 團隊成員 Ashley King 說。由於該任務大膽地突襲了本努的檔案，“我們正在將所有這些整合起來，”Connolly 說。

OSIRIS-REx 全名中的“起源”（Origins）指的是本努的起源和歷史，以此作為過去數十億年來圍繞太陽執行的所有其他富碳和富水小行星的代表。這是一項艱鉅的任務。“到目前為止，我們已經研究了 1% 的樣本，”Connolly 說。但這個量足以開始檢驗團隊關於本努生命的一系列假設清單。

一個關鍵問題：是什麼構成了本努的原始（或“母”）天體？線索存在於它的太陽前顆粒中，這些晶體在太陽存在之前就已凝結——“基本上是我們太陽系的基石，”亞利桑那大學的宇宙化學家和 OSIRIS-REx 團隊成員 Pierre Haenecour 說。到目前為止，他們已經確定了至少兩大類太陽前顆粒。許多顆粒具有處於生命後期的中低質量恆星的化學特徵；這些恆星在老化時會產生強大的恆星風，將其大部分大氣層噴射到深空中，形成氣體和塵埃雲，這些氣體和塵埃雲可以迴圈利用到新生恆星中。其他顆粒暗示了更劇烈的起源。“我們確實有一些太陽前顆粒，其成分似乎與我們在超新星中發現的成分更加一致，”Haenecour 說。總而言之，這些細節支援了長期以來的懷疑，即我們的太陽系是由各種熱核爐的爆炸性死亡所播種和豐富的。

在我們的太陽出現後不久，世界開始在引力的影響下圍繞它聚合，包括本努未知的母天體。本努今天可能以中等大小的小行星形式存在於近地軌道上，但該團隊懷疑，很久以前，其富含水的母體首先在雪線之外形成——雪線是一個彌散的熱 circumstellar 邊界，它決定了包括水在內的更易揮發物質可以在恆星周圍以冰的形式存在的區域。

關於本努的原行星世界形成於多遠之外，目前還沒有達成共識。一種假設認為，它不是在火星和木星之間的小行星帶中形成的，而是在更遠的地方。檢驗這一概念的關鍵將是樣本中各種冰及其殘留物的存在與否。水冰可以存在於靠近太陽的地方，包括在小行星帶內，而凍結的一氧化碳在離太陽更遠的地方開始汽化——大約在海王星的範圍內。

西南研究院（位於德克薩斯州聖安東尼奧）的宇宙化學家 Kelly Miller 說，已經在樣本中發現的一系列不穩定的化學物質“與外太陽系起源相符”。有趣的是，會議上還宣佈檢測到少量的氨，這是一種極易揮發的物質。這可能與小行星的有機物質有關。但如果它來自氨冰，那麼“這將把[本努的母體]推向更遠的外太陽系，”Connolly 說——可能在冰巨星天王星和海王星的範圍內或更遠。

無論本努的母體在哪裡形成，它肯定不是靜止不動的。樣本似乎富含粘土和其他礦物組合，這些都是動態轉變的明顯跡象，例如被液態水飽和，甚至一些水蒸發後留下鹽。“本努主要由被水改變的物質組成，”倫敦自然歷史博物館的行星科學家和 OSIRIS-REx 團隊成員 Sara Russell 說。

雖然水不是滾燙的，但肯定是溫熱的，而且它的成分可能隨著時間推移而演變，這表明多個熱液系統是由融化的冰驅動的。冰融化了，至少持續了幾百萬年，因為母體有一個由放射性同位素衰變加熱的溫暖的地質核心。Connolly 說，這些資訊表明，本努的前身至少有 10 公里寬，甚至可能更大。

“這是一個美麗的樣本，”Russell 說。“它也與我們收藏中的任何隕石都不太一樣。”目前，似乎沒有其他任何東西像本努一樣，這使得解釋其礦物成分成為一項棘手的任務——尤其是在其化學成分的某一方面引發了激烈的爭論。

二月份，任務團隊宣佈在樣本中發現了令人驚訝的磷酸鹽存在。在土星衛星土衛二冰冷的外殼之下，是一個地質動盪的球體，有一個溫暖的液態水海洋，其中包含一系列對生命至關重要的成分，包括磷化合物。在發現本努樣本中存在磷酸鹽後，OSIRIS-REx 首席研究員 Dante Lauretta推測，這顆小行星“可能是一個古老海洋世界的碎片”。

“我現在還不願意下結論，因為我們還沒有充分分析岩石學和巖相學來拼湊出整個故事，”Connolly 說。但是，本努的特徵可能與令人驚訝的地質活動有關。Connolly 解釋說，航天器在本努上觀察到的一種岩石型別看起來“像菜花一樣”——一種破碎、擠壓在一起的、充滿沉積物的岩石， “通常形成於俯衝帶區域”，類似於在地球大陸邊緣和深海盆地發現的那些區域。至少可以說，本努的前身世界可能具有類似地球的構造板塊移動和翻滾的想法是誘人的。但是，這些岩石是混亂的，難以解釋。“這並不意味著母體在構造上是活躍的，”Connolly 說。

目前，大多數科學家並沒有將它設想為一個地質活動非常活躍的世界，而是一個年輕時充滿活力的、吸飽水的岩石。“我喜歡把它想象成一個大泥球，”King 說。

T那個泥球最終進入了小行星帶，也許是在被木星的引力從更遠的軌道上拉出來之後。一種可行的假設是，大約三十億年後，這個母體被一場災難性的碰撞摧毀，釋放出我們現在稱之為本努的碎片，然後它進入了近地空間。這種向內遷移說明了太陽系歷史上的一個關鍵章節：將水和益生元有機物質——生物學使用的碳基化合物——輸送到岩石世界。

“這是一個長期存在的問題：地球上的水來自哪裡？”馬薩諸塞理工學院的小行星專家和 OSIRIS-REx 聯合研究員 Richard Binzel 說。“長期以來，我們認為它[來自]彗星，因為它們是我們看到的最富含水的物質。”但是，近年來對各種彗星上的水冰的分析表明，它的化學指紋與地球海洋中的水截然不同。

相反，在無數潮溼的隕石中發現的水與我們星球儲水層中的水更為接近。那麼本努呢？盛大的揭示還需要一段時間，但無論本努是否具有類似地球的水，這個長期存在的問題都不會得到明確的解答——地球的海洋可能來自各種宇宙來源。還有一種可能性是，它們的形成根本不依賴於小行星；相反，地球的海洋可能在地球形成時就被封閉在地球內部，然後透過古代火山活動逃逸到地表。

接下來是有機化合物。“生物學最初是以化學的形式開始生命的，”Preston 說。即使在極不可能的情況下，OSIRIS-REx 樣本中含有外星微生物化石，本努也不會提供關於地球生命是如何開始的任何具體答案。但是，如果沒有一系列含碳化合物（如氨基酸），生命根本無法存在。一種觀點認為，這些物質是在恆星之間的空間中形成的，然後像本努這樣的小行星將這些成分帶到我們的星球。

“我們知道[小行星]可以將這些東西輸送到地球。但關鍵步驟是：它們是如何變成生命的？我們需要知道那個清單才能回答這個問題，”King 說。該團隊已經確定了樣本中存在的一長串有機分子，包括一套氨基酸。“他們甚至發現了尿嘧啶和胸腺嘧啶——尿嘧啶是 RNA 中使用的四種核苷酸鹼基之一，在 DNA 中被胸腺嘧啶取代，”Preston 說。其中一些對生命至關重要的物質也具有原始的起源。“本努含有在星際介質中形成的有機物質，”NASA 的行星科學家和 OSIRIS-REx 聯合研究員 Ann Nguyen 在一次會議報告中說。

並非所有天體生物學家都專注於氨基酸。“我可能有點異端，”亞利桑那州立大學的天體生物學家 Cole Mathis 說，但他對本努中有機物質的丰度並不特別感興趣。“製造氨基酸並不難，”他說——如果你將氮、碳和氧結合起來，“這些東西或多或少是不可避免的。”小行星可能將它們輸送到地球，但很像地球上的水，這些化合物很容易在地球上形成，而無需像本努這樣的輸送。

Mathis 希望利用本努來探索化學和生物學之間的界限。“有些分子非常複雜，只有生命才能製造它們，”他說，並以維生素 B₁₂ 為例。他並不期望有人在樣本中發現類似的東西。但他想找出哪些分子可以由生命和非生物化學共同製造，哪些分子只能由生命製造。“這種轉變應該在哪裡？”他問道。他希望本努能提供關於這條邊界在哪裡的線索——因為有機化合物越複雜，僅靠化學方法制造它就越棘手。因此，Mathis 的問題不是關於丰度，而是關於化學複雜性：“我們可以在這些材料中找到的最複雜的單個分子是什麼？”

這個問題和許多其他問題的答案即將揭曉。它們隱藏在一個小袋原始小行星物質中，等待著被審問。這些顆粒可能花費了 $12 億美元才被帶到我們的星球，但它們實際上是無價的，因為它們可以為那句著名的格言增添背景：“我們都是星塵。”科學家們現在開始瞭解這種星塵的確切性質和來源——這種星塵構成了我們所看到的一切，包括地球和我們自己。

當 OSIRIS-REx 從本努採集到樣本時，人們寄予厚望。這些希望已經超越了。“宇宙在對我們微笑，”Connolly 說。