零距離科學:太空隕石是地球生命的起源?

零距離科學:太空隕石是地球生命的起源?

我們想讓你知道的是

地球上的生命都由細胞組成,而細胞則被細胞膜包圍,細胞膜就是由長碳鏈所組成。太空隕石會否就是組成我們生命的重要物質的源頭?還是,這只是純粹的巧合?

文:吳家亮(香港中文大學通識教育基礎課程講師)
圖:香港電台

對於人類從何而來,科學界基本上已有公論,就是達爾文的演化論。但當我們再追問下去:地球上的生命從何而來?甚或是,組成生命的有機化合物從何而來?科學界則還是眾說紛紜,有人認為是在地球上孕育(例如深海熱泉論),也有說是來自太空隕石。或許,我們永遠也沒法找到確實的答案,但科學家在這引人入勝的問題上仍然努力不懈,希望為解開這個千古謎題貢獻一塊砌圖。今集的《零距離科學》,是「太空奇觀」系列的最終章,讓我們一同看看日本科學家如何在生命起源的課題上向真相進發。

一切從隕石開始

2012年4月22日,一道光劃過天際,一顆隕石在空中爆炸,墜落人間。它被業餘攝影師拍進了鏡頭,部分碎片被流星天文學家在停車場拾到,它漆黑的外表似乎醞藏著深不可測的秘密。它被命名為薩特磨坊隕石,並被送往實驗室進行成分分析,結果讓人大感意外!

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業餘攝影師麗莎.華倫(Lisa Warren)拍下了薩特磨坊隕石的光芒。

隕石裏竟然帶有長長的碳鏈(carbon chain),其中一端還有著一顆氧原子。這發現絕無僅有,連從事這個行業超過半世紀的科學權威也從未見過。不但如此,這個發現對於生命起源的研究還有著深遠的意義。要知道,地球上的生命都由細胞組成,而細胞則被細胞膜包圍,細胞膜就是由長碳鏈所組成。太空隕石會否就是組成我們生命的重要物質的源頭?還是,這只是純粹的巧合?

要回答這個問題,我們首先要斷定,這類當今罕見的隕石曾否在地球年輕的時候經常造訪。

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黑黑漆的薩特磨坊隕石裏帶有長長的碳鏈,或許藏著地球生命的奧秘。

太陽系進化之旅

科學家以電腦程式模擬了太陽系的形成過程。今天的太陽系跟原始太陽系的形態相距甚遠。太陽系始於一個巨大的氣體和塵埃盤,靠近太陽的位置充斥著由岩石構成的小行星,遠離太陽的位置則有著碳和冰為主的小行星。後者的內部保留著小行星形成初期的熱力,讓長碳鏈得以合成。

巨大的木星和土星於早期形成。它們被這個氣體盤推向太陽方向移動。當氣體盤漸漸消散,兩顆行星失去了向內移的動力,並在互相影響下以共振方式移動,轉變了方向,開始向外移遠離太陽。

在到達穩定軌道之前,木星和土星會經過那些以碳和冰構成的小行星,把它們的軌跡擾動,小行星向四面八方散射,其中一些朝向太陽進發,並落在地球上。

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電腦模型顯示,帶有碳和冰的小行星曾在太陽系形成早期造訪地球。

根據這個模型,地球在早期曾經接收了不少天外禮物,包含著製造生命的重要元素。要驗證這個假設,其一是要確定小行星的內部真的形成了長碳鏈。日本的科學家決定要在一顆以碳和冰構成的小行星上炸出一個洞!再把洞內的物質送回地球作化學成分分析。這就是有名的「隼鳥二號」計劃。

排除萬難的隼鳥二號

隼鳥二號的目標是龍宮星,它呈鑽石型,直徑少於1公里。日本團隊為了在它身上炸一個洞而大傷腦筋:用火箭的話,它的熱力會把可能存在的長碳鏈破壞;在小行星表面上鑽挖則面對著引力微弱的問題,需要耗費過多燃料來固定隼鳥二號在地面。他們最後想到,從隼鳥二號發射一裝置,在半空中引爆,爆炸的能量使大金屬片變形,成為一顆圓球,以每秒兩公里的速度射向龍宮星的表面,從而製造隕石坑。他們經過多番改良,終於在設計後的3年在地球上試驗成功!

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為要得到龍宮星地底的物質,科學家團隊決定從隼鳥二號發射一裝置,在半空中引爆,爆炸的能量使大金屬片變形,成為一顆圓球,以每秒兩公里的速度射向龍宮星的表面,從而製造隕石坑。

團隊還面對著另一道難題。裝置的引爆會造成大量的碎片,在太空中向四周亂射,很大機會會擊中隼鳥二號,那整個任務就會報銷!他們想到了一條妙計,就是在引爆前把隼鳥二號引導至龍宮星後面,讓龍宮星成為一塊「擋箭牌」。不過,這個操作需要跟時間競賽,由發射裝置到引爆只有40分鐘的空檔,而引導隼鳥二號到龍宮星背後則要37分鐘,所以他們只能容許3分鐘的誤差。

2019年4月5日,他們成功了,是人類歷史上首次在小行星上製造出隕石坑!從照片中可見,隕石坑直徑大約10米,坑的斜度頗大,中間還有兩顆大石頭。這時,團隊面臨另一個考驗:如何讓隼鳥二號降落在隕石坑裏採集樣本?他們在實驗室模擬龍宮星上的撞擊,發現地表以下的物質在圓球撞擊下會向外飛濺。那他們降落在隕石坑旁也能採集所需的地底樣本,而不用強行降落在隕石坑中。

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他們成功了,是人類歷史上首次在小行星上製造出隕石坑!從照片中可見,隕石坑直徑大約十米,坑的斜度頗大,中間還有兩顆大石頭。

他們有兩個選址,一是隕石坑南邊的平坦之處,一是比較崎嶇、但較接近隕石坑的北面位置。團隊選定了南邊位置,嘗試接近至離地十米並投下一個標記以引導正式的降落。怎料,突然出現緊急狀況,隼鳥二號在離地50米終止了接近程序。不過,因禍得福,緊急狀況促使照相機啟動,讓團隊能近距離看清隕石坑北面的狀況,他們發現了一處細小但平坦的位置,可容隼鳥二號降落。

同時,有科學家仔細分析了撞擊前後的相片,發現表面的顏色有細微的分別。地底的物質呈現深色,並且集中在隕石坑的北面。現在,毫無懸念,隼鳥二號當降落在北面的位置!

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科學家仔細分析了撞擊前後的相片,發現表面的顏色有細微的分別。地底的物質呈現深色,並且集中在隕石坑的北面,這讓他們放棄了早前在南面的降落選址。

2019年7月11日10時06分18秒,隼鳥二號降落在預定位置,向下發射了一顆子彈,把碎石揚起,吸進密封的收集箱。接著,隼鳥二號開始返航之旅,在接近地球時把收集箱投回澳洲的沙漠。2020年12月6日,我們終於收到了這份天外禮物。讓我們靜心等候,看看分析結果會否揭開生命起源的其中一層神秘面紗吧!

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隼鳥二號降落在預定位置,向下發射了一顆子彈,把碎石揚起,吸進密封的收集箱。

《零距離科學》(節目網站)集合世界各地有趣的科學紀錄片,網羅與大眾息息相關的科學資訊,啟發觀眾的好奇心和求知慾,節目逢星期五晚9時30分在港台電視31播映。本集於12月18日播出。港台網站及流動程式RTHK Screen視像直播及提供節目重溫。

責任編輯:Alvin
核稿編輯:Alex


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