复杂的有机分子如何在星际空间中形成

生命的基石陨石中发现，显然是在没有行星可以支持的复杂化学作用的情况下形成的。地球可能以这种方式播下了必要的成分。一些复杂的有机分子的证据已找到在恒星之间的巨大缝隙中。现在基于实验室的研究解释了它们是如何在那里形成的。

甚至在生命出现之前，地球就有许多可能有助于复杂生物形成的特征。太阳和热液喷口提供能量。水可以作为解决方案，雨水和风可以移动物体。弄清楚碳基分子如何在星际空间中形成要困难得多，但我们从光谱中知道其中许多分子确实如此。

日本研究人员在实验室中模拟了星际云的情况，揭示了冰粒表面发挥的重要作用。

碳只是自然界存在的近 100 种元素之一，但绝大多数已知分子不仅包含碳，而且以碳原子的键合链为基础。碳的化学性质使其能够形成比任何其他元素都大得多的分子，因此，当恒星停止氢聚变并转向氦聚变时，大量碳的形成也是理所当然的。

然而，碳可以形成复杂分子并不意味着它会自动形成。在广阔的恒星形成云中，原子非常分散，很少相互接触。找到一个合适的伴侣比在一家非常糟糕的夜总会里还要难。

人们认为冰粒可能充当一种原子连接应用，将碳分子聚集在一起，但要做到这一点，它们需要能够扩散到冰粒表面。没有人确定在什么情况下这是可能的。

北海道大学的 Masashi Tsuge 教授及其同事试图复制猎户座分子云等气体云中的条件。这需要将已知存在于这些云中的物质冷却到略高于绝对零度的温度。

“在我们的研究中，我们在实验室中重现了可行的星际条件，我们能够检测到弱结合碳原子在冰粒表面扩散并发生反应产生碳₂分子，”Tsuge 说陈述。

Tsuge 及其同事发现，扩散可以在 30 开尔文（-405 华氏度，或 -243 摄氏度）以上的温度下发生。碳原子在冰中扩散所需的活化能足够低，理论上，即使 22 开尔文（-420 华氏度，或 -251 摄氏度）也足够了。

即使这样，也比远离任何恒星的太空区域要温暖。然而，Tsuge 指出，围绕非常年轻的恒星的原行星盘的大部分区域都达到了这些温度。尽管非常年轻的恒星尚未达到峰值亮度，但它们仍然可以提供一点热量，而且似乎碳只需要一点点。

两个碳原子可能需要 10 万到 1000 万年的时间才能以极其缓慢的速度跨越一百纳米的距离相遇，但这些原子有足够的时间。

一旦形成碳键，更多的原子可以通过相同的扩散过程添加，从而逐渐形成更广泛的碳骨架，其他原子可以附着在其上。

研究小组指出，云中的大多数碳原子不会遵循这条路径。相反，它们会遇到氢或氧原子，形成甲烷或一氧化碳，从而限制了未来增长的前景。即使是那些未附着在冰粒表面的碳原子，也经常会形成甲醛（CH₂O）来代替。

然而，足够多的物质结合在一起形成长碳链，让我们能够检测到结果，或许也让我们首先来到这里。

该研究发表在期刊上自然天文学