丹麥科學家日前表示，大約38.5億年前撞擊地球的“肇事者”是冰質彗星而非岩質小行星，這表明地球上的水可能是由彗星帶來的。
科學家長期以來便懷疑，在一個名為“後期重轟炸期”(Late Heavy Bombardment)的遠古事件中，地球及其周圍鄰居遭受了數万個天外來物的撞擊。比如，一連串的撞擊使得月球外形發生了變化，上面佈滿了至今仍清晰可見的大坑，並在月球無風的環境中保存了無數年。但是，科學家一直不確定撞擊物是冰質彗星還是岩質小行星。
美欲用彗星撞擊模擬實驗尋找生命起源
簡介： 3500萬年前，一個巨大的小行星或彗星在今天的美國弗吉尼亞州切薩匹克灣附近撞擊地球。據國外媒體報導，生命何時、何處、特別是怎樣起源的，是現代自然科學尚未完全解決的重大問題，更是人們關注和爭論的焦點。一種假說認為 ...
3500萬年前，一個巨大的小行星或彗星在今天的美國弗吉尼亞州切薩匹克灣附近撞擊地球。
據國外媒體報導，生命何時、何處、特別是怎樣起源的，是現代自然科學尚未完全解決的重大問題，更是人們關注和爭論的焦點。一種假說認為，地球上最早的生命或構成生命的有機物，來自於其他宇宙星球或星際塵埃，某些微生物孢子可以附著在星際塵埃顆粒上而落入地球，或者彗星撞擊地球將生命組成物質帶到了地球，從而使地球有了初始的生命。美國地外文明搜索計劃學會的幾名科學家目前正在努力驗證彗星撞擊地球在促進生命起源上所發揮的作用。
地球生命的最初起源
幾十億年前，彗星可能將生命所必須的水源送到了地球表面，但這還不是我們應當感謝這些其貌不揚的雪球的全部因素。研究者正致力於模擬彗星撞擊來觀察它們能否激發地球生命形成所必須的分子左手性(生物體中氨基酸分子都是左手性的，原因是什麼，還有爭議)。而對隕星的研究已經證明最初的氨基酸可能是從太空中帶到地球來的。
“人們有興趣弄清楚這些生命必須的元素當初是怎樣來到地球的。”美國地外文明搜索計劃學會的詹妮弗-布蘭克說。
她和同事們研究將彗星視作促進形成地球生物所需化合物的另一種重要途徑。他們最近的工作得到了美國航天局“外太空生物和進化生物學計劃”的支持，正在探索可怕的彗星撞擊如何幫助形成生命必須的複雜分子的特定方向性。
地球生物利用20種氨基酸形成了數千種不同的蛋白質，構成了無數的生命細胞。天體生物學家經常通過探尋氨基酸的起源來了解生命可能的來源。
最早的試驗之一由芝加哥大學的斯坦利-米勒於1953年進行。米勒在他的實驗中假設在生命起源之初大氣層中只有氰氣，氨氣和水蒸氣等物，其中並沒有氧氣等，當他把這些氣體放入模擬的大氣層中並通電引爆後減少了其中的空氣，發現其中產生了形成蛋白質所需的氨基酸，而蛋白質則是生命存在的形式。
在這項開拓性的試驗以後，研究者逐漸相信早期地球大氣事實上主要由氮氣和二氧化碳構成。
“如果不是通過減少空氣，這種米勒機制就不會在產生氨基酸方面這麼有效。”布蘭克說。
生命來自宇宙
證明這一點的一個方法是在太空製造氨基酸，並從隕星或彗星上落到地球上。有大量的證據證明隕星攜帶著氨基酸。就在最近，美國航天局“星塵號”飛船帶回的彗星物質中發現一種氨基酸。
布蘭克和同事們非常好奇地想知道當飛船迅速駛入地球時這些生物分子發生了什麼。
該小組的研究更集中於彗星，而不是流星。儘管彗星在太陽系內部並不經常出現，但比起石質的流星，它們還是更有優勢將生命物質送上地球。
首先，彗星撞擊被認為比流星撞擊破壞力小，因為彗星更加鬆散，這意味著它們的撞擊產生的溫度和壓力都較小。布蘭克認為當彗星以傾斜的角度撞擊地球時所產生的力量更小。
第二個優勢在於彗星上有水，這可是產生生命的化學反應所需的關鍵因素。當彗星降臨地球，其冰塊融化，會在撞擊地點附件形成很多小水坑。
“彗星會提供複雜的生命進化所需的全部材料。”布蘭克說。當然，或許最初的地球本身就水源豐富，但是“假如彗星或流星落到海洋中，一些有趣的化學物質可能很快就被沖走了，”美國航天局的喬治-庫珀說。彗星撞擊在乾燥的陸地可能會將攜帶的有機分子大量投放到附近的水窪中。
模擬從槍膛中發射彗星
為了模擬彗星撞擊，布蘭克和同事們發射了一顆子彈到一個罐頭大小的金屬容器中。在這項計劃中，容器就像彗星，而子彈則是堅硬的地面。容器內部有一個四分之一大小的隔間，科學家在那裡放了液態的有機分子標本。
“這不是什麼超級的高科技，但在結構上還是很複雜的。”布蘭克解釋道。他們格外小心，確保容器不會在撞擊中洩漏。然後，他們小心翼翼地鑽開那個小隔間，取出被撞擊過的液體標本。
2001年，該小組報導放置在彗星模擬器的氨基酸在撞擊後完好無損，這使其他的科學家深感震驚。 “簡直太神奇了，”布蘭克回憶說：“此前人們告訴我，'什麼東西都不可能存活，所以我們沒理由資助你們。'”
通常撞擊中“彗星”內部的溫度會達到1000度，可以毀滅所有的氨基酸。但是布蘭克相信溫度變化太快，以至於分子根本不會發生反應。而且，1000以上的強氣壓也會組織化合物遭到破壞。但是，氨基酸不僅僅是在撞擊中存活，它們還開始結合起來形成5個氨基酸長的短鏈。
這種彗星引發的氨基酸鏈很可能在生命起源過程中發揮了關鍵作用。通常來說，存在一種能量壁壘會阻止氨基酸結合。實際上，有機物在蛋白質結合過程中需要?的催化作用來克服這種壁壘。但是?本身也是蛋白質，因此就產生了一個雞和蛋的問題：你需要一種蛋白質把其他的蛋白質結合到一起，可是你又怎麼合成這種蛋白質呢？
或許有說服力的是彗星撞擊合成了最初的蛋白質成分(縮氨基)，從而引發了之後的整個滾雪球效應。布蘭克的團隊目前進行試驗，探索能否模擬出在彗星撞擊的高溫高壓條件下，這種阻止氨基酸結合的能量壁壘如何發生變化。
分子撞擊試驗模型
科學家也計劃進行更多的彗星撞擊試驗。他們將重點研究在DNA(脫氧核糖核酸)和RNA(核糖核酸)結構中起到重要作用的糖。這次他們還會研究氨基酸，探索撞擊是否會影響它們的方向性。
關於方向性，布蘭克認為氨基酸合成的方式在撞擊中可能會發生變化。左手向的氨基酸可能更容易與其他左手向的氨基酸結合，而不是與右手向的結合。
“如果他們能獲得糖、縮氨基或左手性形成的確切證據，那將是偉大的發現。”日本東北大學的古川吉弘說。
如今，依據地球古岩石中某金屬的含量，一個由丹麥尼爾斯·玻爾研究中心烏費·約根森(Uffe Jorgensen)領導的研究小組認定，冰質彗星是撞擊地球和月球的“罪魁禍首”。約根森指出，科學家在彗星撞擊前地球是否有海洋的問題上存在激烈討論。一些專家稱，地球剛一形成時便已存在足夠的水，還有一些專家則認為，地球誕生初期溫度很高，能蒸發掉任何液體。
約根森說：“這是那種會讓科學家之間產生激烈身體接觸的話題。”約根森的研究團隊認為，地球早期溫度過高，無法留住像海洋這樣的大片水體。但是，到後期重轟炸期時，地球上的溫度開始降下來，使得彗星帶來的融冰變成世界上第一批海洋。他們的研究成果刊載於天文學雜誌《國際太陽系研究》(Icarus)。
約根森的團隊測算了格陵蘭島地表和近地表岩石的銥含量。格陵蘭島的岩石是已知世界上最古老的岩石，年代可追溯至後期重轟炸期。銥是地球上一種稀缺金屬，但在彗星和小行星上相對普遍。根據研究小組的評估，小行星撞擊產生的岩石銥含量應該在萬億分之18,000左右，而彗星撞擊產生的岩石銥含量應該只有萬億分之130左右。這是因為彗星主要由結構鬆散的水冰和一些岩質殘骸構成，攜帶的金屬更少，
另外，由於繞太陽的軌道較長，彗星還會以更快的速度撞擊地球。據約根森介紹，結果，“彗星造成的爆炸比小行星造成的爆炸更劇烈，拋回太空的金屬數量更大，其中就包括銥。”研究小組發現，格陵蘭島的岩石銥含量在萬億分之150左右，支持了彗星是後期重轟炸期事件主導者的看法。據他們推斷，彗星帶來的水冰隨後融化，形成深約1000米、覆蓋全球的海洋。
月球表面之所以沒有海洋，是因為其引力比地球的弱，所以，彗星撞擊產生的殘骸並沒有全部拋回到太空。但是，對於撞擊地球的“肇事者”是彗星而非小行星的說法，芝加哥大學的地球物理學家尼古拉斯·達普哈斯(Nicolas Dauphas)並不認同。他說，最新研究過多依賴於估算，比如預測撞擊以後沉澱的銥量，“我認為他們將結論延伸地太遠了。”
英國卡迪夫大學天體生物學家錢德拉·魏克拉馬沁格(Chandra Wickramasinghe)沒有參與約根森的研究，但他也支持彗星撞擊地球的理論。他認為，彗星不僅給地球帶來了水，還帶來了生命。魏克拉馬沁格指出，根據一些頗具爭議的研究，地球生命最早的證據可追溯到大約38.5億年前，即後期重轟炸期。
他說：“這或許是個巧合，但在我看來，這個巧合極不尋常。”約根森同意這種觀點：“後期重轟炸期給地球帶來了機遇。如果沒發生這個事件，地球上可能沒有水，也沒有生命。”
