博士生意外用电流重现星际尘埃或解开生命起源之谜

一个玻璃管，几种普通气体，再加上强大的电流。悉尼大学博士生琳达·洛苏尔多就这样在实验室里重现了宇宙深处的化学魔法，合成出与星际空间中漂浮的宇宙尘埃几乎一模一样的物质。

这听起来像科幻小说的情节，却实实在在发生在现实中。洛苏尔多的研究成果刚刚发表在权威期刊《天体物理学杂志》上，为困扰科学家数十年的问题提供了新答案：地球生命所需的有机分子，究竟是从何而来？

从死亡恒星到生命摇篮

宇宙尘埃并非普通的灰尘。它们诞生于恒星死亡时的壮丽爆发，或者在恒星诞生的混沌环境中凝结而成。这些微小的颗粒携带着碳、氢、氧、氮等元素，科学界称之为CHON分子，它们恰好是构成生命所需有机物质的核心成分。

最新研究显示，这些分子可以在冰冷的星际尘埃表面自发形成更复杂的结构。2026年1月发表的一项研究证实，生命构建模块如肽键的前体物质，能够在深空尘埃颗粒上自然产生，这发生在行星形成之前很久。

环绕螺旋星云的宇宙尘埃，是由一颗类似太阳的衰老恒星喷射而出的。图片来源：NASA

洛苏尔多的实验精准地模拟了这一过程。她将氮气、二氧化碳和乙炔注入抽真空的玻璃管中，然后施加1万伏的高压电场，持续约一小时。在这种极端条件下，分子被撕裂又重组，最终在硅芯片表面沉积出薄薄一层闪闪发光的尘埃。

"这就像把宇宙的一部分装进了瓶子里，"洛苏尔多说。更令人兴奋的是，当她用红外光谱仪检测这些实验室合成的尘埃时，发现它们发出的信号与太空望远镜观测到的星际尘埃完全吻合。

这种"分子指纹"证实了实验室过程高度还原了宇宙中的真实化学反应。科学家此前只能通过望远镜远距离观察这些尘埃，现在却可以在地球上直接研究它们的形成机制。

地球早期的外来快递

大约35亿至45亿年前，年轻的地球遭受了一场持续的天体轰炸。小行星、彗星以及它们的碎片不断撞击地表，带来了大量水和有机物质。科学界普遍认为，这些"外来快递"可能为地球生命的诞生提供了关键原料。

示意图对比了非晶态CHON网络中由离子轰击的非平衡瞬态热尖峰效应和后合成退火的平衡热效应引起的结构变化。图片来源：《天体物理学杂志》(2026)。DOI：10.3847/1538-4357/ae2bfe

但问题在于：这些有机物质最初是在哪里形成的？它们经历了怎样的旅程才抵达地球？

彗星和陨石中富含CHON颗粒，这在1986年吉奥托探测器飞掠哈雷彗星时就已被证实。研究人员还在一些陨石中发现了氨基酸等复杂有机分子。2025年10月的一项研究甚至提出，氨基酸可能搭乘星际尘埃颗粒长途跋涉来到地球。

洛苏尔多的导师大卫·麦肯齐教授指出，实验室合成尘埃让科学家能够反向推演这些物质的"身世"。"它们的化学特征记录了整个旅程，就像一本日记，"麦肯齐说，"我们现在学会了如何解读这本日记。"

通过改变气体比例、电压强度和反应时间，研究团队可以模拟不同的宇宙环境，比如老年恒星喷射出的等离子体，或者恒星形成区域的高能辐射场。每种条件下产生的尘埃都略有不同，但它们的红外光谱提供了独特的识别标记。

实验室合成尘埃的扫描电子显微镜图像显示了聚集、离子轰击造成的表面平滑以及退火引起的致密化等现象。图片来源：《天体物理学杂志》(2026)。DOI：10.3847/1538-4357/ae2bfe

研究团队正在建立一个综合数据库，收录各种实验条件下合成尘埃的光谱特征。天文学家可以用这个数据库来识别宇宙中的特定区域，判断那里正在发生什么样的化学反应，甚至预测哪些地方可能孕育生命所需的分子。

三种起源假说的新证据

关于地球生命起源，科学界存在三种主要观点：有机物完全在地球本地形成，完全由彗星和陨石带来，或者在太阳系形成早期就被纳入地球的组成物质中。洛苏尔多的研究为第二和第三种假说提供了有力支持。

实验证明，即使在没有行星的环境下，复杂的有机物质也能在星际空间中自然产生。这意味着太阳系形成时，原始星云中就已经充满了这些生命前体分子。它们后来被整合进小行星和彗星，最终降落到地球表面。

这项研究的意义不仅限于理解地球生命起源。随着天文学家发现越来越多的系外行星，判断哪些星球可能宜居成为关键问题。如果宇宙尘埃能够普遍携带生命构建模块，那么生命在宇宙中出现的概率可能远超我们的想象。

洛苏尔多说得简单直接："我们不再需要等待小行星撞击地球才能了解它们的历史。"这位年轻的科学家用一个装满气体的玻璃管，打开了通往宇宙化学奥秘的新窗口。