科学家在2015年惊奇的发现从欧洲罗塞塔检测器探测到67P彗星（丘留莫夫-格拉西缅科彗星）正向周围的太空呼出分子氧。

67P彗星呼出的氧气2015年7月7日（图片来自罗塞塔号探测器）

分子氧是由两个氧原子组成的（O2）。这就和我们在地球上的氧气一样，但在太空中却很不稳定。O2 反应性很强, 非常迅速地附着在氢 (创造水) 和碳 (产生二氧化碳) 等其他化学物质上。在如冰冷的彗星一样古老的东西中发现氧气发出嘶嘶声是没有任何意义的。

图解：水分子簇

星际空间是一个巨大的粒子加速器。带电粒子不受阻碍的急速运动，彗星就如粒子的大型轨道望远镜。彗星诞生于46亿年前建立我们太阳系的原始混沌星云中，67P彗星也是如此。天文学家将罗塞塔号送到这个古老的冰体上，它的任务是了解彗星的组成，以便科学家们最终能够将其用作时间胶囊, 看看早期太阳系是什么样子。

因此，发现彗星呼出氧气意味着——这些氧气存在于彗星表面冰层46亿年，当接近太阳时，太阳的温度加热彗星内部原子核，使之向周围空间喷发氧气，彗星表面冰团释放出古老的O2。

图解：彗星的彗发

但是来自加州理工学院的化学工程师Caltech认为罗塞塔号检测器发现的某些O2并不全是古老的，他认为，67P彗星本身就是一个氧气工厂。

从实验室到星际空间

Konstantinos P. Giapis研究高能离子与半导体表面碰撞之间的化学反应。化学工程师通过对这些反应的实验可以为桌上的电脑和口袋里的智能手机制造更高效的微芯片。但当Giapis 听说罗塞塔号在数百英里外的深空中发现奇怪氧气的时，他意识到答案就在他的实验室里。

在论文稿中，Giapis说：“我将兴趣放在太空上，并正寻找离子对立表面加速的地方。在观察了罗塞塔彗星的测量结果后,特别是关于撞击彗星的水分子的能量全都点击了。我多年来一直的研究就在这个彗星上发生了。

行星际空间是一个巨大的粒子加速器。带电粒子不受阻碍地四处移动,在彗星中,它们会产生大量的粒子。当任何彗星接近太阳时,太阳加热将导致原子核中所含的冰颗粒升华——当挥发物如水等跳过液态直接从固体(冰)转化为蒸汽。当水分子从彗星释放并喷射到太空时,太阳的紫外线会使分子离水。当这种情况发生时,分子在太阳风中被卷起,高速吹回彗星表面。

在实验室测试中,Giapis展示了当这些水粒子撞击彗星表面时,它们会附着在其他分子中所含的氧原子上,如氧化铁(锈)和二氧化硅(沙)。在碰撞后,产生新的化学键,产生分子氧并排放到太空中。

此图旨在解释高速水分子(左图)如何与彗星表面的铁锈和沙相互作用,形成含有分子氧的羽状物(右图)。(氧原子是红色的,氢原子是蓝色的。

同样在加州理工学院工作的博士后学者 Yunxi Yao在报告中称：我们已经通过实验证明,在类似彗星表面的材料表面动态形成分子氧是可能的。Giapis补充道:"当我们建立实验室设置时,我们不知道它们最终会应用于彗星的天体物理学。,Giapis和Yunxi Yao的发现发表在《自然通讯》杂志上。

外来生物标志物？

因此,最初的罗塞塔观测结果可能并非原始分子氧;这颗古老的彗星似乎正在从水冰中产生新的氧分子,这些氧分子正在升华并与其他化学物质碰撞。虽然这一发现可能解开罗塞塔的氧气之谜,但它对天文学的其他领域提出了不同的挑战。

当寻找银河系其他地方的外星生命时,天体生物学家希望最终能有强大的望远镜和高分辨率光谱仪,可以用来探测远在光年的系外行星的大气层。这个装备，将寻找与我们已知的生命体。

这些化学物质被称为"生物标志物",在这些遥远的大气层中发现O2,可能让我们相信某些生物正在产生分子,就像地球上的植物通过光合作用一样。但现在我们知道,O2可以在太空中"非生物"(而不是通过生物过程)产生,而其他恒星系统可能同样产生O2,在我们寻找外星生物标志物时可能产生"假象。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. howstuffworks- IAN ONEILL, PH.D.

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