木星衛(wèi)星可能孕育生命前體

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。

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。

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。

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。

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)。

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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