星际分子

星际分子之谜

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星际分子之谜

星际分子的发现，是本世纪60年代轰动天文学界的一件大事。长期以来，天文学家认为，茫茫宇宙空间，除了恒星、恒星集团、行星、星云之类的天体物质，再没有什么别的物质了。直到20世纪初，人们还认为星际空间是一片真空。后来终于发现，在星际空间充满了各种微小的星际尘埃、稀薄的星际气体、各种宇宙射线以及粒子流。60年代在星际空间发现了大量有机分子云，云中含有各种复杂的有机分子。

1968 年，天文学家用大型射电望远镜 ，在银河中心区先后发现了氨(NH3)和水(H2O)的分子。它们的数量很多，在尘埃云的后面，形成体积巨大的“分子云”。不久，天文学家又发现了一种比较复杂的有机分子??甲醛(CH2O)。它的分布十分广泛 ，不仅在银河中心区域有，在猎户座大星云和其他区域也有。此后，人们在宇宙太空中又陆续发现了更多的星际分子，其中有无机分子，也有有机分子。例如，羟基、一氧化碳、氰化氢、甲醇、乙醛、丙炔腈、甲胺等等。迄今为止，已发现的星际分子有50多种。

星际分子的发现，在天文学研究上具有极为重要的意义。我们知道，构成生命的基础??蛋白质的主要成分是氨基酸分子。它是一种有机分子，尽管人们还没有在宇宙太空中直接观测到氨基酸分子，但是，科学家在地面实验室里用氢、水、氧、甲烷及甲醛等有机物，模拟太空的自然条件，已合成几种氨基酸。而合成氨基酸所用的原材料，在星际分子云中大量存在。不难想象，宇宙空间也一定存在氨基酸的分子，只要有适当的环境，它们就有可能转变为蛋白质，进一步发展成为有机生命。据此推测，地球以外的其他星球存在生命物质，甚至可能是有高等智慧的生命物质。

使科学家感到困惑的是，有些星际分子竟是地球环境中找不到的，甚至在实验室中也无法得到。这些地球上的尚不存在的星际分子，在太空中起什么作用，有些什么物理化学特性，这些问题都还是一个谜。

在星际云中发现的`200多个分子种类中，许多是有机分子。有人提出，其中一些分子在恒星和行星形成过程中幸存下来，并最终被送到地球，在那里它们可以形成生命起源的分子基础。

日前，来自德国马克斯普朗克天文学研究所生命起源实验室负责人何佼博士团队首次发现，这些分子的最重要的工厂之一是覆盖在恒星形成的分子云中的尘粒的冰幔。

简单的原子和分子，如H、O、N和CO，从气相凝结到颗粒表面，然后在冰中相互反应，形成越来越复杂的分子。在这些云的极低温度（10-15K）下，扩散这一能够将反应性物种聚集在一起的机制在冰中受到严重阻碍。那么这些复杂的有机分子是如何在分子云的低温环境下形成的呢？

在实验室实验中，研究团队发现，主要由CO构成的冰幔顶层在如此低的温度下从无序相转变为多晶相。在相变过程中，埋藏在里面的反应性物种可能会迁移并发生反应，而不需要克服扩散的激活能。

通过量化结晶的动力学，研究团队预测，星际云中的CO冰大多是多晶形式的。发生在10K以下的CO冰的重组可能会促进反应性物种的流动，因此可以成为分子云中分子复杂性的驱动力。