我們至少知道生命以某種方式在地球上誕生了。但這僅僅是偶然事件嗎？最近的研究表明，我們基於碳和氫的複雜分子構成並非僥倖。陸地生命獨特化學物質的前體顯然在遙遠太空翻騰的塵埃和氣體雲中大量存在。在合適的條件下，它們也可能在無數遙遠的世界中孕育生命。
支援這一結論的越來越多的證據並非來自遙遠的星系，而是來自地球上的實驗室，科學家們在這些實驗室中模擬浩瀚星際雲中的惡劣條件。到目前為止，他們已經證明了分子氫形成的機制，誘導了碳的化學反應以形成原始有機分子，並發現這些物質獨特的光譜特徵與困擾天文學家近一個世紀的資料相匹配。最近的期刊文章報道了這些結果，一些研究人員在美國物理學會在亞特蘭大舉行的第100屆年會上總結了他們的發現。
關於太空漂浮著有機分子的第一個線索本身就是一個謎題。1921年，加利福尼亞州利克天文臺的天文學家瑪麗·莉亞·赫格觀察到遙遠恆星光譜中的兩條吸收線，當其他線根據恆星的運動在波長上移動時，這兩條線保持靜止。不久之後，天文學家得出結論，這些光譜帶不是來自恆星本身，而是來自恆星與地球觀測者之間的太空中的氣體和塵埃。
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缺失的光譜 |
天文學家現在已經探測到100多個這樣的“瀰漫星際帶”，或 DIBs。 它們在來自遙遠恆星和星系的光譜中以間隙的形式出現，因為引起它們出現的物質吸收光譜彩虹中那些頻率（或顏色）的光。但這些物質是什麼呢？它們的光譜與任何已知的原子波長都不匹配。
直到20世紀80年代，美國宇航局艾姆斯研究中心天體化學實驗室的路易斯·J·阿拉曼多拉才確信，罪魁禍首可能是一類相當粗糙的有機分子，被稱為PAHs，即多環芳烴。常見的——且高度致癌的——PAHs是柴油尾氣、燒焦的鍋碗瓢盆、烤焦的漢堡包和香菸煙霧中發現的標準燃燒產物。但這些煙塵和煤炭的成分也非常耐用。它們是由碳和氫組成的扁平分子，呈六邊形，因此它們的骨架看起來像雞籠。
生命的先驅？ |
阿拉曼多拉做出了一個巧妙的推測，但星際塵埃雲並不是真正宜居的地方。它們是前幾代恆星的殘骸，也是未來新的恆星和太陽系將從中誕生的物質。它們的平均溫度為10 K（約-440 華氏度；-260 攝氏度）；空氣會凍結成固體。在高真空中，它們沐浴在強烈的紫外線輻射和可見光中。阿拉曼多拉的想法讓一些懷疑論者感到寒冷：這些條件是否允許地球上在高溫下發生的反應？必要的反應元素是否存在？分子能否在不降解的情況下生存？
為了回答這些和其他問題，研究人員別無選擇，只能嘗試在實驗室中模擬星際空間的條件，並將資料與天文學家收集的資料進行比較。這些研究的結果表明，由於富含碳的塵埃、氫的存在以及提供能量的紫外線輻射的偶然結合，生命化學先驅的形成確實可以在星際介質中形成。
透過分析穿過星際雲的光，研究人員已經確定它們是由微小的沙粒狀顆粒組成的，每個顆粒都覆蓋著一層薄冰。密度非常低（每立方厘米約50個粒子，而地球表面為1019個）。每個塵埃顆粒只有萬分之一毫米寬。冰主要由水組成，但通常含有一些有機分子。這些顆粒漂浮在含有氫原子的氣氛中。
在星塵中找到碳非常容易。它是較輕元素中第一個完全在恆星內部形成的元素，並且似乎是太空塵埃的主要成分。在1998年12月18日出版的《科學》雜誌上，艾姆斯研究中心空間科學部的法裡德·薩拉馬和德國耶拿天體物理研究所和大學天文臺的托馬斯·亨寧鑑定出了一系列太空碳的形式，包括金剛石奈米晶體、石墨、富勒烯、碳炔（碳原子的長鏈）和無定形碳。
找到氫也不難，氫是宇宙中最輕和最豐富的元素，也是恆星之火的燃料。問題是，原子氫不參與化學反應；兩個原子必須首先結合形成分子氫H2。但是，兩個氫原子簡單地在以太中碰撞的機率似乎很低，因此大約30年前，康奈爾大學的歐文·薩爾皮特和他的學生大衛·霍倫巴赫提出，需要一個表面來啟動反應，例如星際塵埃顆粒。當落在塵埃顆粒上的氫原子四處移動時，它們更有可能相互碰撞並形成化學鍵。
結合氫 |
由錫拉丘茲大學表面物理和天體物理實驗室的吉安弗蘭科·維達利和義大利卡塔尼亞大學物理研究所的瓦萊里奧·皮羅內洛領導的團隊著手檢驗這一理論。維達利在3月22日的APS會議上報告了結果，他和他的同事們將氫原子束射向兩種太空塵埃的候選物質——矽酸橄欖石和無定形碳——在一個真空室中，真空室被抽空至大氣壓的萬億分之一，並冷卻至絕對零度以上10度。他們發現無定形碳上的反應效率高於橄欖石。
進一步的實驗證據來自薩拉馬和道格拉斯·M·赫金斯（也來自美國宇航局艾姆斯研究中心），他們也在3月23日向APS概述了最近的工作。薩拉馬和他的同事們在一個真空室中模擬了太空環境，真空度約為大氣壓的十億分之一，溫度低至-270 攝氏度；模擬了星光。
當PAH分子被凍結在惰性氣體（氖）原子籠中時，這確保了被捕獲的分子是冷的並且完全隔離的，研究人員測量了紫外線和可見光波段的光譜，並將其與來自基特峰和其他天文臺的天文資料進行了比較。它們匹配了。同樣，赫金斯和他的同事們——這次測量了凍結在固態氬中的電離PAHs的紅外光譜——表明它們也與地面、空中和太空望遠鏡測量的紅外光譜相匹配，表明PAHs在整個星際介質中都很常見和豐富
為了從另一個方向驗證該假設，美國宇航局艾姆斯科學家馬克斯·伯恩斯坦、斯科特·A·桑福德和阿拉曼多拉在模擬的星際介質中建立了PAHs，在類似於黑暗塵埃雲的條件下將它們凍結成冰，並將它們暴露於紫外線輻射。“我們製造了一堆氧化的PAHs，包括芳香酮、醇和醚。這些種類的分子在化妝品和藥物中很常見，很多人都很熟悉。例如，它們存在於蘆薈、指甲花和聖約翰草中，”伯恩斯坦說，他透過與SETI研究所的合作協議在美國宇航局艾姆斯工作，SETI研究所致力於在宇宙其他地方尋找智慧生命。
然後，研究人員將他們製造的東西送給了斯坦福大學的理查德·扎雷。扎雷和他的同事們記錄了這些化合物的光譜圖，並將其與地球上發現的碳質隕石中發現的PAHs的類似資料進行了比較。正如研究人員在2月19日出版的《科學》雜誌上報道的那樣，資料相互關聯。
阿拉曼多拉說：“這些氧化的PAHs是在星際介質中製造出來的，並透過每天以噸為單位飄落到地球的行星際塵埃顆粒帶到地球上。“這些化合物與當今生物系統中普遍存在的化合物相似，並在重要的生物過程中發揮著重要作用。也許地球上最早的生物利用了這些分子，這就是這些化合物如何融入我們的生物化學中的。”
如果新的天文資料和實驗結果繼續經受住考驗，那麼結論是對我們起源的令人欣慰的肯定。孕育新一代星系、恆星和行星的浩瀚星際雲也是生命的孵化器。它們產生的益生元化合物像宇宙雨一樣傾瀉下來，不僅在地球上，而且在宇宙中任何適宜居住的行星上。生命的物質是星塵，我們由它而生——是的，我們可能並不孤單。