小行星“龙宫”——太阳系历史早期的液态水

隼鸟2号于2014年12月从日本鹿儿岛县种子岛宇宙中心发射升空，目标是小行星“龙宫”——据认为该小行星上存在可能代表了生命起源的有机物和水。

“龙宫”是一种非同寻常的C型小行星，和其他小行星相比，它保留了更多的原始外太阳系物质，受太阳加热的影响却要小得多。

这意味着，它的样本将为人类揭开更多谜底，同时，也带来更多未知。

在太阳系历史早期就存在液态水

最初的地球望远镜和来自隼鸟2号的遥感信息表明，“龙宫”可能含有有机物和少量的水(黏在矿物表面或包含在其结构中)。然而，使用这种方法研究C型小行星非常困难，因为它们太暗了，得到的数据几乎没有可用于识别特定物质的信息。因此，采样带回是增加对这一类型小行星理解的非常重要的一步。

2020年12月，大约5.4克样本被带回地球。最初，研究人员用配备金刚石刀的切片机切开颗粒，获得了样品的外部和物理信息。在内部，样本显示出冻融的纹理和不同矿物的细粒，其中一些粗粒成分分散在各处。大多数矿物是称为页硅酸盐(黏土)的含水硅酸盐，它是通过非含水硅酸盐矿物和液态水(水蚀变)的化学反应形成的。这些证据连同冻融纹理一起，表明样品在过去经历过液态水和冰冻水。

通过分析，研究人员发现水蚀变在太阳系形成后前260万年达到峰值。这意味着来自“龙宫”的材料在太阳系历史的早期就存在液态水，而融化冰的热量可能由放射性元素提供，这些元素只能维持相对较短的时间(几乎所有元素在500万年之后都会消失)。在大部分放射性元素衰变后，“龙宫”会再次冷却并冻结。

“龙宫”还含有铬、钙和氧同位素，这表明它保存了来自原太阳星云的最原始物质。此外，来自“龙宫”的有机材料记录了原始同位素特征，再加上丰富的水和缺乏任何内太阳系物质或特征，这些都可表明，“龙宫”内的物质在太阳系很早就黏在一起(吸积)并发生水性变化。

然而，为了形成液态水，通过放射性衰变加热冰冷的岩石体，要求天体至少有几十公里的大小。因此，“龙宫”最初一定是一个更大的天体(微行星)的一部分。

升华成为岩石小行星

冰冷的微行星被认为是彗星的来源。彗星可通过碰撞分解而形成，如果“龙宫”的微行星前身在重新冻结后受到撞击，那么就可产生一颗保留微行星许多原始特性的彗星。作为一颗彗星，碎片需要通过某种动力路径从外太阳系移动到内太阳系。

一旦进入内太阳系，“龙宫”就会经历显著的升华。先前研究中的建模表明，升华可增加“龙宫”旋转的速率，并导致其独特的旋转顶部形状。升华还可能导致水蒸气射流的形成。

“龙宫”表面的冰完全升华后，形成了低密度、高孔隙度的岩石小行星。当与水有关的过程停止时，太空风化开始了。随着时间的推移，“龙宫”的表面受到来自太阳风的大量高能粒子以及来自太阳和遥远恒星的宇宙射线的轰击。粒子改变了“龙宫”表面的物质，导致有机物的结构发生变化。

这种太空风化过程至今仍在继续，不断塑造着小行星，还将持续到未来。

那些关于生命起源的假设

尽管太空风化作用会改变和破坏有机物质中包含的信息，但通过对“龙宫”样品的全面地球化学分析，仍检测到了原始有机物。研究人员在“龙宫”粒子中检测到了地球上每个生物体的蛋白质中都存在的氨基酸。

发现形成蛋白质的氨基酸很重要，因为“龙宫”并没有像陨石那样暴露在地球的生物圈中，因此检测出氨基酸证明了地球上至少一些生命的组成部分可能是在太空环境中形成的。

关于生命起源的假设，例如涉及热液活动的假设，需要氨基酸来源，陨石和像“龙宫”这样的小行星是强有力的候选者，因为它们含有大量的氨基酸，而且这些物质很容易被运送到早期地球表面。此外，“龙宫”样本的同位素特征表明，类似“龙宫”样本的物质可能为地球提供了水，这是地球上生命起源和维持所必需的另一种资源。

以上研究发现，对影响人类采样的最原始小行星的演化过程提供了宝贵的见解。这些见解已经开始改变人们对太阳系历史上发生的事件的理解。

未来对“龙宫”样本展开的进一步研究，无疑将继续推进人们对太阳系及其他太空领域的认知。

小行星“龙宫”——太阳系历史早期的液态水

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