化学揭开了在太空中形成生命构建模块的可能途径【博科园-科学科普（关注“博科园”看

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【博科园-科学科普（关注“博科园”看更多）】科学家们已经使用实验室实验来追溯化学步骤，从而导致在空间中形成复杂的碳氢化合物，显示出在混合加热气体中形成二维碳基纳米结构的途径。这项最新研究以能源部劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）为实验对象，可能有助于解释芘的存在，这是一种称为多环芳烃的化合物，以及一些陨石中的类似化合物。包括来自伯克利实验室和加州大学伯克利分校的研究人员在内的一批科学家参加了这项研究，并于3月5日在自然天文学期刊上发表。这项研究由夏威夷大学马诺阿分校的科学家领导，并且还参与了佛罗里达国际大学的理论化学家。

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一个小行星带围绕着一个恒星。在一项新的研究中，伯克利实验室的实验探索了可能形成复杂碳氢化合物的化学途径——就像在一些陨石样本中发现的那样在太空中。图片版权：NASA/JPL-Caltech

伯克利实验室化学科学部的科学家穆萨希德艾哈迈德说：这就是我们相信宇宙中第一批以碳为基础的结构的一些进展。他和其他团队成员一起在伯克利实验室的高级光源（ALS）上进行实验。从简单的气体开始，可以产生一维和二维结构，而芘可以将你导向二维石墨烯。从那里你可以得到石墨，并开始更复杂的化学演变。芘具有由16个碳原子和10个氢原子组成的分子结构。研究人员发现，导致芘形成的相同的加热化学过程也与汽车发动机中的燃烧过程以及烟灰颗粒的形成有关。最新的研究建立在早期的工作上，该工作分析了碳氢化合物与太空中观察到的小分子环，包括土星的月亮泰坦 - 即苯和萘。

该研究的主要作者之一，也是夏威夷大学马诺阿分校化学教授Ralf I. Kaiser说：当这些碳氢化合物首次出现在太空中时，人们非常激动。”例如纯粹是通过混合气体中的反应形成的，还是形成在水面上？在这个侦探工作中，天文学家和化学家之间有一种相互作用，试图复述宇宙中生命的化学前体如何形成的故事。艾哈迈德说：我们与天文学家进行了很多交谈，因为我们希望他们帮助弄清楚那里有什么，它告诉我们想想它是如何到达那里的。凯泽指出，物理化学家，另一方面，可以帮助照亮可能导致空间合成特定分子的反应机制。

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顶部显示可通过称为氢气提取/乙炔加成的化学方法或HACA形成称为芘的碳氢化合物的反应路径。在底部，芘可以通过HACA（红色）或称为氢取代 - 乙烯基乙炔加成（HAVA）的另一种机理（蓝色）形成更复杂的烃的一些可能步骤。图片版权：Long Zhao, Ralf I. Kaiser, et al./Nature Astronomy, DOI: 10.1038/s41550-018-0399-y

芘属于一种称为多环芳香族碳氢化合物（PAHs）的家族，据估计该碳氢化合物占我们星系中所有碳的约20％。PAHs是由一系列融合分子环组成的有机分子。为了探索这些环如何在太空中发展，科学家们努力合成这些分子和其他周围已知存在于太空中的分子。参与研究的佛罗里达国际大学化学教授亚历山大·梅贝尔说：一次建立一个环，一直在做这些环越做越大，这是一种非常简化的方式，看着生命的起源：一次一块。对于这项研究，研究人员探索了由复杂的碳氢化合物组成的被称为4-菲基自由基的化学反应，其分子结构包括3个环的序列并总共包含14个碳原子和9个氢原子，与乙炔（两个碳原子和两个氢原子）。

该研究所需的化学化合物尚未在市场上销售，加州大学伯克利分校化学助理教授菲利克斯菲舍尔也对研究做出了贡献，因此他的实验室准备了样品，这些化学品在实验室合成非常繁琐。在ALS，研究人员将气体混合物注入微反应器，将样品加热到高温以模拟恒星的接近程度。ALS生成从红外到X射线波长的光束，以支持来访和内部研究人员进行的一系列科学实验。气体混合物以超音速通过微型喷嘴从微反应器中喷出，阻止活化的化学物质进入加热室。研究小组随后将来自同步加速器的真空紫外光束集中在加热的气体混合物上，该混合气体将电子撞击（称为电离作用）。然后他们分析了使用带电粒子检测器的化学反应，该检测器测量了电离后形成的粒子的不同到达时间。这些到达时间携带了母体分子的信号特征。

这些实验测量结合Mebel的理论计算，帮助研究人员看到化学反应的中间步骤，并确认反应中芘的产生。梅贝尔的研究表明芘（一种四环分子结构）是如何从一种被称为菲的化合物（一种三环结构）中发展起来的。这些理论计算可用于研究各种现象，“从地球上的燃烧火焰到碳星和星际介质的外流”。K未来的研究可以研究如何使用相同的技术创建更大的环状分子链，并探索如何从芘化学中形成石墨烯。夏威夷大学的团队成员进行的其他实验将研究当研究人员在冰冷的条件下混合碳氢化合物气体并模拟宇宙辐射，看看这可能是否会激发生命承载分子的产生。必须有一些自我组织和自我组装”来创造生命形式，最大的问题是，这是物理定律确实允许的东西。

知识：科学无国界，博科园-科学科普
参考：Nature Astronomy
内容：经“博科园”判定符合今主流科学
来自：劳伦斯伯克利国家实验室
编译：中子星
审校：博科园
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传播：博科园