用太空尘埃质谱研究宇宙起源及探测外星球生命

本网编辑 0 2020-05-27

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自从在陨石撞击地球的残余物中发现有机物后,人们猜测有机物可能在促进生命起源的,大分子和早期的生命诞生方面做出了贡献.的研究证实了存在有机化合物,特别是哈雷彗星的尘埃颗粒和土星的外环冰粒,使我们更加明白了这个问题.

　　自从在陨石撞击地球的残余物中发现有机物后，人们猜测有机物可能在促进生命起源的、大分子和早期的生命诞生方面做出了贡献。的研究证实了存在有机化合物，特别是哈雷彗星的尘埃颗粒和土星的外环冰粒，使我们更加明白了这个问题。

　　如果来自太空的有机物给地球带来生命的话，它有没有可能为宇宙的其它地方带来生命呢?

　　在真正发现外星人生命迹象之前，家们正在持续不断地收集地球和外太空的证据。在德国，科学家们使用海德堡尘埃加速器（Heidelberg Dust Accelerator）进行相关实验，试图发现当超高速尘埃粒子碰撞物体后究竟发生了什么。这个研究结果将用于校准航天器上的尘埃传感器，来帮助解释飞船实验，如乘坐卡西尼去土星的任务（aboard the Cassini mission to Saturn）。

　　尘埃加速器发射的粒子具有高达100 km/秒的速度，这些粒子进入靶，这些靶是由金属、行星类似物或用于太空的行星内收集器材料制成的。这些作用产生了等离子体，可以用研究。

　　在最近的一系列实验中，采用最新开发的靶区面积为0.1平方米的大面积质谱仪（Large Area Mass Analyser）来获得粒子撞击质谱图。大面积质谱分析仪采用反射器，质量分辨大约为200，对这么大的靶尺寸来说，这个分辨率是超高的，比当下最好的仪器——Cassini.飞船上的宇宙尘埃分析仪还要精准。

海德堡尘埃加速器（The Heidelberg Dust Accelerator）

直径为1.4 米的加速器真空腔

　　这项研究成果发表在质谱快讯（Rapid Communications in Mass Spectrometry）上，作者是Ralf Srama和其同事，这是一项7中心的联合研究成果，这些合作单位包括：海德堡的马普核物理研究所，斯图加特大学，海德堡大学，德国不伦瑞克大学（Braunschweig），英国谢菲尔德大学，科罗拉多大学，德国卡尔斯鲁厄大学的气象和研究所。

　　由乳胶为核心制备的有机微粒，具有有机导电聚合物的超薄层，确保有足够的表面电荷积聚，这些有机微粒直径为0.2 ~ 1.8微米，它们以高达35km/秒的速度轰击带银箔或银黑表面涂层的LAMA靶。

　　对聚吡咯涂层（PPA）、聚苯胺涂层的聚苯乙烯粒子（PAS）、聚吡咯涂层的聚乙烯[（4 – 乙烯基塑料）硫化物]（PPV）粒子进行了测试，能够获得好的质谱图。在所有情况下，从银箔中预期产生的¹⁰⁷Ag和¹⁰⁹Ag离子都能被到，除此之外，其它的来自表面的杂质如钠正离子、钾正离子和氯负离子也都能被检测到。

　　其余的离子还包括：烃碎片离子、碳簇离子、银簇离子，以及混合的靶-粒子簇离子，所有上述离子都是带单电荷的。观测到的质谱峰来源于乳胶核心，而不是来源于壳层，可能是由于整个粒子质量的低组分（<10%）。在5~8km/秒的低速下，PPA 和PAS谱图的主要离子来自于聚苯乙烯如Tr m/z 91。

　　当速度超过10km/秒时，谱图完全改变了，Tr离子及其相关离子不见了，整个质量范围的谱图主要变成氢化碳簇离子，比如基于聚炔烃和累接双键烃（ cumulenes）的结构。

　　对于PPV粒子，当速度达到15km/秒，带奇数氢的氢化碳簇离子是主要的；但当速度达20km/秒时，C₄簇离子成为主要质谱峰，还观测到了银簇离子峰。

　　研究还分析了负离子模式下，在12 km/秒速度以上的PPV材料，超过8个原子以上的裸碳簇离子被观察到，最高质量数达m/z 96，并发现了氯化物、硫化物和硫的峰。

　　上述谱图中的有机型离子反映了母体分子的组成，因此可鉴定该分子。较低的轰击速度产生更大的离子和碎片；而较高的轰击速度导致更高效的键断裂，产生更小的碎片。

　　这种结构关系使研究人员确信，低于35km/秒的轰击速度适合于鉴定在微粒和宇宙尘埃中的有机材料，在更低的速度下能够获得更详尽的信息。“预计这些基础的研究将提高我们对彗星、行星和宇宙尘埃颗粒的理解，这些尘埃颗粒以超高速度在星际间旅行，并已知道它们包含有脂肪族和芳香族有机化合物。”

原文链接：: "Mass spectrometry of hyper-velocity impacts of organic micrograins"

内容来源：本网

责任编辑：展源

审　　核：何发

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