木星衛(wèi)星可能孕育生命前體
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西南研究院、馬賽大學(xué)和高等研究院開展的新研究揭示了圖中所示原行星盤內(nèi)復(fù)雜有機(jī)分子(COMs)可能的形成機(jī)制。星際紫外輻射(橙色箭頭)照射盤內(nèi)物質(zhì),營(yíng)造出多種條件,從而觸發(fā)對(duì)COM生成至關(guān)重要的有機(jī)化學(xué)反應(yīng);在此過程中,冰質(zhì)塵粒在盤內(nèi)發(fā)生徑向與垂向遷移。類似物質(zhì)輸運(yùn)與輻照過程亦存在于木星的行星周盤中。圖片來源:西南研究院
木星的衛(wèi)星可能天生就具備生命所需的化學(xué)條件。
一項(xiàng)包括西南研究所參與的國際合作研究表明,復(fù)雜有機(jī)分子(COMs)——被廣泛視為生命必需的前體物質(zhì)——可能在木星伽利略衛(wèi)星形成過程中就已融入其中。相關(guān)成果發(fā)表在《行星科學(xué)期刊》和《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》的兩篇配套論文中。這些研究共同為木星系統(tǒng)是否在極早期階段就已獲得生命所需成分提供了新的視角。
COMs是含碳化合物,同時(shí)還含有氧和氮等對(duì)生命至關(guān)重要的元素。實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)含有甲醇或二氧化碳與氨混合物的冰質(zhì)塵埃顆粒暴露在紫外光照射或適度加熱條件下時(shí),這些分子便能夠形成。此類條件常見于原行星盤中,即圍繞年輕恒星的廣闊氣體與塵埃云,最終會(huì)演化形成行星。
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早期太陽系環(huán)境建模
為探究這些化合物的形成與遷移過程,科學(xué)家將盤狀結(jié)構(gòu)演化模擬與追蹤冰質(zhì)顆粒運(yùn)動(dòng)的模型相結(jié)合。這種方法使他們能夠估算出這些塵埃顆粒在不同時(shí)間所經(jīng)歷的溫度和輻射強(qiáng)度。
通過將盤演化模型與顆粒輸運(yùn)模型相結(jié)合,我們能夠精確量化冰質(zhì)顆粒所經(jīng)歷的輻射和熱環(huán)境,西南研究院太陽系科學(xué)與探索部的奧利維爾穆西斯博士說道,他是一篇論文的首席作者。隨后,我們將模擬結(jié)果直接與在真實(shí)天體物理?xiàng)l件下開展的、用于合成復(fù)雜有機(jī)分子的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明,復(fù)雜有機(jī)分子既可在原太陽星云環(huán)境中形成,也可在木星的行星周圍盤中形成。
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研究團(tuán)隊(duì)匯集了來自西南研究院、法國馬賽大學(xué)和愛爾蘭高等研究院的專家。他們構(gòu)建了原太陽星云(即形成太陽及行星的原始結(jié)構(gòu))以及木星周圍行星盤(即圍繞年輕氣態(tài)巨行星、最終聚集成其衛(wèi)星的物質(zhì)盤)的詳細(xì)模型。通過整合塵粒輸運(yùn)模塊,研究人員追蹤了冰質(zhì)顆粒在這兩類環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)路徑,并重建了最終形成木衛(wèi)一、木衛(wèi)二、木衛(wèi)三和木衛(wèi)四——木星四顆最大且研究最深入的衛(wèi)星——的物質(zhì)所經(jīng)歷的化學(xué)與物理演化歷史。
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將生命的基本構(gòu)成要素運(yùn)送到伽利略衛(wèi)星
模擬結(jié)果表明,大量冰質(zhì)顆粒很可能在其中形成了復(fù)雜有機(jī)分子,并將這些分子帶入木星衛(wèi)星形成的區(qū)域。在某些模型情景中,近半數(shù)的顆粒將原太陽星云中新生成的有機(jī)分子輸運(yùn)至木星的行星周盤,并在化學(xué)性質(zhì)基本未發(fā)生改變的情況下將其并入正在形成的衛(wèi)星之中。
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該研究還指出第二個(gè)來源:木星周圍行星盤的某些區(qū)域溫度足夠高,可驅(qū)動(dòng)形成復(fù)雜有機(jī)分子所需的化學(xué)反應(yīng)。這表明,伽利略衛(wèi)星可能既從更廣闊的太陽星云中繼承了有機(jī)物質(zhì),也從數(shù)十億年前發(fā)生在木星自身行星盤內(nèi)的化學(xué)過程中獲得了有機(jī)物質(zhì)。
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海洋世界與生命存在的可能性
木衛(wèi)二、木衛(wèi)三和木衛(wèi)四被認(rèn)為在其冰殼之下存在地下海洋,這些環(huán)境可能具備支持生命的條件。如果這些衛(wèi)星從形成之初就含有復(fù)雜有機(jī)分子(COMs),那么它們所擁有的就不僅僅是水和內(nèi)部能量,還可能具備前生命化學(xué)所需的分子成分,包括氨基酸和核苷酸的形成基礎(chǔ)。
我們的研究結(jié)果表明,木星的衛(wèi)星并非以化學(xué)上原始的狀態(tài)形成。相反,它們可能在誕生之初就吸積或聚集了大量復(fù)雜有機(jī)分子,從而奠定了化學(xué)基礎(chǔ),這些分子隨后可能與其內(nèi)部的液態(tài)水發(fā)生相互作用。
美國國家航空航天局的歐羅巴快船任務(wù)和歐洲航天局的木星冰衛(wèi)星探測(cè)器任務(wù)正前往木星系統(tǒng),以研究這些衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)、成分及宜居性。
建立彗星有機(jī)物(COMs)形成與輸送的可信路徑,為科學(xué)家解讀木星表面及次表層化學(xué)成分的后續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)提供了關(guān)鍵框架。通過將實(shí)驗(yàn)室化學(xué)、原行星盤物理及粒子輸運(yùn)模型相聯(lián)系,我們的研究有助于闡明宜居條件如何植根于行星形成的最初階段。
參考文獻(xiàn)
木星周圍行星盤中復(fù)雜有機(jī)分子的形成與存續(xù) 作者:奧利維耶穆西斯、克萊芒佩泰蘭、托馬貝內(nèi)斯特庫贊烏、安托萬施內(nèi)貝格、亞尼斯貝納塞爾 《行星科學(xué)雜志》 DOI:10。3847PSJae3559
《向木星系統(tǒng)輸送復(fù)雜有機(jī)分子》 作者:湯姆貝內(nèi)斯特庫齊努、阿莉澤阿姆斯勒穆拉尼耶、奧利維耶穆西斯 發(fā)表于《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》 DOI:10。1093mnrasstaf2074
BY: Southwest Research Institute
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參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學(xué)名詞
3.原文來自: https://scitechdaily.com/jupiters-moons-may-have-been-born-with-lifes-building-blocks/
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