撰文 沈梦溪
前不久，日本科学家对“隼鸟2号”采集到的小行星“龙宫”上的岩石标本进行了分析，并在这份完全未被地球物质污染的岩石中发现了氨基酸的痕迹。这个发现号称是“人类首次在地球外确认氨基酸的存在”。
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接近龙宫小行星的隼鸟2号 图/wikipedia
而在今年年初，“嫦娥五号”携带的“月球矿物光谱分析仪”探测的结果也表明，月球上有原生的水存在（注意，并不是人们直接能喝的水，而是矿物中的水分子或是羟基，需要一定的化学反应才能变成我们喝的水的那种水分子）。
这些发现似乎在向我们强调，无论是水还是氨基酸等生命必备的物质，在宇宙中都广泛存在。事实也确实如此，人类在过去几十年中对宇宙进行了广泛而深刻的研究。首先得到研究的自然是我们身边的太阳系。
在太阳系中，人类能够发射探测器对系内天体进行近距离观察，同时也能直接获取天体上的岩石样本（更多的是通过坠落到地球的陨石，目前只有极少数从天体上直接获取的，从“龙宫”小行星的样本即是一个例子）。对这些系内行星的观察表明，水在太阳系是广泛存在的，在所有太阳系八大行星以及许多卫星中，都有水的存在。
在水星、火星的极地或是陨石坑中发现了水冰；金星地表虽然高达472℃，但其大气层中却有水蒸气；小行星带中的诸多小行星可能在陨石坑阴影处有水冰，尤其是其中最大的小行星谷神星可能表面为水冰混合物，表面之下则可能为液态水；木星的大气层含有水蒸气，木卫三地表有水冰，且极有可能在地下深处有一大片海洋；土星的大气层含有微量水蒸气，但土星环却主要由水冰构成，土卫六的地表则富含水冰，且也可能存在液态水组成的海洋；冰巨星天王星和海王星均含有水冰，且其天卫三泰坦尼亚和海卫二均由水冰质地壳组成；矮行星冥王星表面被水冰覆盖，且其地下100千米深处可能有一个地下海洋。
土卫二地下海洋示意 图/NASA
土卫二地下海洋的两种理论示意图 图/NASA
谷神星地下可能富含水 图/NASA
而从1970年代开始，科学家们对陨石的研究就发现，许多陨石中都存在氨基酸，比如著名的默奇森陨石，这是一颗1969年坠落于澳大利亚的陨石，科学家当时就发现其中包含有氨基酸，而后陆陆续续的研究在陨石中鉴定出来了14 000种分子化合物和70种氨基酸，还发现了嘌呤和嘧啶化合物——这些是组成RNA和DNA的成分。随后，科学家在许多其他陨石中均发现了氨基酸、糖类等有机物。
在许多陨石中都发现了氨基酸等有机物 图/NASA
随着人类科技的进步，科学家开始发射探测器探测小行星和彗星等星体，并在这些天体上发现有机物的证据。比如2015年欧航局的菲莱探测器（Philae）在降落到彗星67P上时，其携带的彗星取样与成分实验（COSAC）设备就发现在彗星上存在乙醛、甲胺、乙酰胺、异氰酸甲酯、丙醛、丙酮等16种有机化合物。
与此同时，当科学家利用光谱仪观测遥远的星际空间时，也不断发现在这些星际空间中也广泛分布着着水蒸气和有机物。比如对人马座B2的分子云的检测中，除了发现水蒸气之外，还发现了丰富的醇类化合物，包括甲醇、乙醇、乙烯醇等，此外还发现了甲酸乙酯，这是氨基酸的重要前体。
在人马座B2中发现的部分有机物 图/B. Saxton，NRAO/AUI/NSF
那么，为什么这些物质如此广泛地存在于宇宙中？它们是地外生命存在的证据吗？其实这一切都是化学反应的功劳。
这些物质广泛存在于宇宙空间的第一个因素是宇宙中氢、碳、氧等元素极为丰富。这些元素的丰富原因与大爆炸（Big Bang）有关。在大爆炸最初，宇宙中并无任何元素的存在，但随着宇宙温度的冷却，质子、电子和中子开始结合在一起。最初的形成的元素是大约75%的氢元素和25%的氦元素。
在大爆炸之后，各种元素才逐渐形成 图/wikipedia
当第一代恒星形成后，所有的其他元素均由这两种元素的核合成形成。形象来讲，这个过程就类似之前火过一阵的2048游戏，2+2=4,4+4=8,8+8=16······如此持续，直到形成最后的2048。放在核合成过程中，氢元素就是里面的2，氦元素就是里面的4，是最基础的元素，它们不断合成更重的元素。
随着第一代恒星的死亡，这些元素被抛射到宇宙中，成为星际云的主要成分。而新一代的恒星就诞生于这些星际云中。大家基于直觉也能想象得到，在星际云中，越轻的元素越多，越重的元素越少。而无论是水，还是有机物，形成它们的元素都是比较轻的元素，比如氢、氮、碳、氧等。由于轻，这些元素在宇宙中本身分布就极为广泛，这是宇宙中遍布水和有机物的元素基础。
随着第二代、第三代恒星的相继诞生（太阳就是第三代），星际云中的化学元素已经极为丰富。这些星际云的中心会因为物质的聚集而压力和温度大增，形成恒星。剩余的星际物质则会围绕恒星运动。在运动中，它们会凝聚形成小的固态尘埃颗粒。
星际云中包含着的各种星际尘埃就是由各种化学元素凝聚而成 图/wikipedia
这些尘埃颗粒成分极为复杂，其中既包括我们地球上常见的组成岩石硅酸盐物质，也包括二氧化碳、水蒸气等各种气体。这些气体被恒星的光和热驱赶到遥远的地带，并因那里的温度极低而冷却形成冰粒——这就是我们的外太阳系行星、彗星、小行星等上面会发现大量冰的原因。
此外，组成岩石的硅酸盐物质中的化学成分也非常复杂，经常包括羟基（OH），这些羟基会因为岩石熔融、太阳风的影响等原因和氢离子结合形成水。其中岩石熔融是比较大的岩质天体上水的主要来源之一。
最近中国科学家在月球上的发现证明了这一点。在今年1月的时候，科学家利用嫦娥五号采集到的数据分析出目前在月球岩石中依然存在一定的“水分”，相当于1吨月壤中含水120克，1吨岩石中含水180克，到了今年6月中，科学家们则确定了这些“水分”的来源——大部分都来自岩石矿物中保存的羟基，比如羟基磷灰石等。而这已经是月球诞生以后的40多亿个年头了，我们可以想见在它刚刚诞生，还是个岩浆球时，因化学反应而形成的水量有多么巨大。
月球诞生时一定也富含水量，以至于至今其矿物中还含有不少水 图/中科院官网网页截图
而在目前流行的理论中，宇宙中广泛分布的有机物的形成也与水的形成类似。NASA的科学家们推断，在恒星形成后，光和热将一些小的硅酸盐颗粒和水冰驱赶到恒星外围的冰冷区域。在这里，水冰以硅酸盐为核心形成了一些无固定形态的冰粒，这被称为星际介质（ISM）冰粒。
与此同时星云中的各种元素会在宇宙射线下发生化学反应，首先会大量形成一种被称为多环芳烃（PAH）的简单有机物——其实就是一些碳原子构成的环状物质。
不同多环芳烃的结构示意图 图/wikipedia
这些多环芳烃在宇宙间游荡时，会被多孔的冰粒捕获，冰粒中的孔隙不仅为其提供了反应场所，而且还会为其提供氧（O）、氢（H）、羟基（OH）等活性物质。而一旦受到宇宙中各种射线的照射，多环芳烃就会与这些物质，以及宇宙中存在的其他气体发生化学反应，形成不同的氨基酸以及碱基等其他有机物。
无论是水还是有机物，都是组成生命的必要成分，它们在宇宙中广泛分布这一观念已经在科学界被广泛认可。但是从有机物到生命，其中还有很长的一段路要走，发现了它们并不意味着发现了生命。
在现代的生命起源理论中，生命要从有机物中诞生，首先需要从简单的有机小分子变成有机大分子，然后有机大分子缩聚成多分子体系，多分子体系再相互组装（比如脂质膜变成球状膜之后，蛋白质、核酸等物质再进入膜中形成能够自我复制的个体），这时候才算是诞生了生命。所以，发现了水和有机物，充其量只能算是发现宇宙中到处都是乐高积木块。但它们要形成生命，就好像这些积木块要在自然、无序的情况下自我组装成一个有意义的形体——比如房屋、汽车等，这中间还有很漫长的路要走。
不过，既然在地球上能够通过化学进化诞生生命，而宇宙中的水和有机物又如此常见，说不准哪时候我们就能在某颗环境适宜的天体上与地外生命不期而遇了。
关键词： 隼鸟2号发现地外氨基酸 我们离地外生命还有多远
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