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小行星龙宫尘埃送达地球,天体生物学家准备探测它

当地时间20年12月6日(美国12月5日),日本太空船“隼鸟2号”(Hayabusa2)从地球表面上方约200公里(120英里)处将一个太空舱降落到澳大利亚内陆地区。该舱内有一些太阳系中最珍贵的货物:飞船今年早些时候从小行星龙宫(Ryugu)的表面收集的尘埃。

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到2021年年底,日本航空航天局(JAXA)将把龙宫(Ryugu)的样本散布到全球的六支科学家团队中。这些研究人员将对这些古老的尘埃进行加工、加热和检查,以进一步了解其起源。

在龙宫(Ryugu)调查人员的团队中,将是位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心的天体生物学分析实验室的科学家。天体生物学实验室的研究人员使用与法医实验室解决犯罪问题的类似的尖端仪器。不过,美国宇航局戈达德的科学家并不是解决犯罪问题,而是探寻太空岩石以寻找分子证据,以帮助他们整理早期太阳系的历史。

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“我们正在努力做的是更好地了解地球如何演变成今天的样子。” 戈达德天体生物学分析实验室主任杰森·德沃金说,“如何通过围绕我们形成的太阳的一堆气体和尘埃,使我们在地球上以及在其他地方变得生命?”德沃金(Dworkin)是一个全球团队的国际代表,该团队将探测龙宫(Ryugu)样本,以寻找地球生命先驱物的有机化合物。

龙宫(Ryugu)是一个较大的小行星的古老碎片,形成于催生我们太阳系的气体和尘埃云中。这是一种有趣的小行星,富含碳,是生命必不可少的元素。

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当德沃金和他的团队明年夏天收到龙宫(Ryugu)样品的份额时,他们将寻找有机化合物或碳基化合物,以便更好地了解这些化合物如何首先形成并在整个太阳系中扩散。

占星生物学家感兴趣的有机化合物包括氨基酸,氨基酸是构成成千上万个蛋白质的分子,这些蛋白质负责提供生命中某些最重要的功能,例如产生新的DNA。通过研究太空岩石中保存的氨基酸类型和数量的差异,科学家可以建立这些分子如何形成的记录。

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目前距离地球900万英里(即1500万公里)的龙宫(Ryugu)尘埃,将是科学家们提供的保存最完好的空间材料之一。这只是在太空中收集并返回地球的第二颗小行星样本。

在龙宫(Ryugu)交付之前,日本航空航天局(JAXA)于2010年带回了微小的小行星丝川样本,这是历史上第一次小行星采样任务的一部分。在此之前,作为“星尘”任务的一部分,美国宇航局(NASA)在2006年从Wild-2彗星获得了少量样本。接下来,在2023年,美国宇航局(NASA)的OSIRIS-REx将返回至少12盎司(或数百克)的小行星贝努(Bennu)的尘埃,该小行星一直在太空中飞行,数十亿年来基本上没有变化。

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日本福冈九州大学地球化学教授,全球“隼鸟2号”(Hayabusa2)小组负责人Harashi Naraoka表示:“我们的最终目标是了解有机化合物是如何在地球外环境中形成的。” “因此,我们要分析许多有机化合物,包括氨基酸,硫化合物和氮化合物,以建立小行星发生的有机合成类型的故事。”

在分析了龙宫尘埃的组成之后,科学家们将其与贝努(Bennu)进行了比较,贝努(Bennu)是OSIRIS-REx取得了巨大成功的样本的地点,该地点在10月20日短暂触及了小行星的表面。

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德沃金说:“这两个小行星的形状相似,但本努似乎有更多的证据证明过往的水和有机化合物。”他的实验室还计划接收十分之一盎司或几克的贝努样品。“鉴于它们来自小行星带的不同母体,并且有着不同的历史,看到它们之间的比较将非常有趣。”

分析小行星颗粒需要大量练习

分析龙宫(Ryugu)尘埃将是戈达德天化学家们最艰巨的项目之一。他们将不得不处理少量的样品。“隼鸟2号”(Hayabusa2)预计从龙宫收集的灰尘不超过几克(大约六个咖啡豆!),尽管它比从贝努返回的灰尘要多得多。这一微小的数量将分散在许多科学家中,这意味着德沃金和他的同事将只获得原始样品的一小部分。

“与我们分析陨石相比,我们将处理的样品分配要比通常处理的要少得多,”与德沃金合作的戈达德天体化学家埃里克·T·帕克说。

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图注:在玻璃安瓿瓶中安装在金箔上的默奇森(Murchison)陨石斑点(约4微克)的放大图像。当时NASA戈达德的天体化学家将执行热水提取程序,以释放任何可溶于水的有机化合物。

帕克说,戈达德团队与国际同事合作,已经练习处理小样本超过一年了。例如,他们分析了来自富含碳的陨石默奇森(Murchison)的尘粒。然后,他们使用相同的技术来分析样品中不含任何外星物质,以确保他们能够分辨出两者之间的差异。

戈达德的科学家收到龙宫(Ryugu)尘埃后,会将粒子悬浮在玻璃管内的水溶液中。然后,他们将溶液加热到沸水或212华氏度(100摄氏度)的温度,持续24小时,以尝试提取可溶于水的任何有机化合物。

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研究人员将通过功能强大的分析机运行该解决方案,该分析机将按形状和质量分离内部的分子,并识别每种分子。

德沃金龙宫(Ryugu)分析小组的戈达德研究人员汉娜·麦克莱恩(Hannah L. McLain)表示:“对于像龙宫(Ryugu)这样真正珍贵的样品,您当然会想,'我希望这个试管不会破裂,'或者'我希望这种反应能够正确进行。” “但是在这一点上,我们已经完全建立了我们的技术,以确保不会出错,我们很高兴能分析真实的样品。”

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