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冥王星藏有地球生命起源的種子?! 國家同步輻射中心同步加速器光源揭密

大成報/ 2016.05.31 00:00
【大成報記者羅蔚舟/新竹報導】

地球上生命的起源可能來自於冥王星等古柏帶(Kuiper Belt)的星體?國家同步輻射研究中心的吳宇中教授、金之豪博士以及陳憲璁、劉孟澄與黃自平三位研究助理所組成的星際化學研究團隊,打造了一個實驗腔體,耗時三年,首度證實冥王星存在著有機分子,研究成果榮登知名期刊《天文物理學期刊增刊》(The Astrophysical Journal Supplement Series)。

█冥王星是地球生命的起源在盧貝松的電影《露西》中,描述宇宙經過大爆炸後,產生了時間、空間以及生命體。1951年荷裔美籍天文學家古柏(Gerard Peter Kuiper)曾經推論,太陽系誕生初期所殘留的碎片,被拋到太陽系外圍並形成古柏帶,因此古柏帶保存著太陽系最早期的原始物質。更有科學家推測,這些無機物質經宇宙射線照射後,可以轉變為有機物質,而彗星就是將這些有機物質由古柏帶快遞到地球的星際列車。

國家同步輻射研究中心組成的星際化學研究團隊,打造了一個實驗腔體,以模擬位於古柏帶的冥王星表面的極端太空環境,同時利用高能電子束模擬宇宙射線,並使用台灣光源(Taiwan Light Source) 的巨龍光束線,取得與哈伯望遠鏡吻合的「遠紫外光吸收光譜」,耗時三年,首度證實冥王星存在著有機分子,研究成果榮登知名期刊《天文物理學期刊增刊》。

█模擬冥王星的極端太空還境 成功製造並證實有機物存在

2012年哈伯望遠鏡傳回了冥王星表面模糊的遠紫外光吸收光譜,科學家據此推測冥王星上可能存在有機物(哈伯望遠鏡所測到的冥王星紫外光譜,在波長220奈米處有很強的吸收光譜,大部分腈類分子在該波段都會有吸收光譜,因此推測冥王星上應存在著有機物),但數年來一直無人能證實。這個消息激起了吳宇中的興趣,便開始仿照冥王星的大氣分子組成、近真空的大氣壓力與低於零下240 oC的表面溫度,架設一個模擬冥王星環境的實驗腔體;並以高能電子束去轟擊氣體分子,來模擬氣體分子被宇宙射線照射後,可能產生的化學反應與產物。

轟擊後還必須將產物冷卻成薄冰,模擬覆蓋在冥王星表面的極冷冰層。經過數十次實驗,終於重現了2012年哈伯望遠鏡觀測到的遠紫外光吸收光譜,亦即成功製造出冥王星表面的不明有機物。為了進一步探測這個物質的廬山真面目,吳宇中更利用高靈敏度的「紅外吸收光譜儀」進行掃描,並且比對資料庫內數萬筆的「分子指紋」(每一種分子都會吸收特定波長的光,這些分子的特徵吸收光譜就是分子指紋,如同人類指紋一般。若跟資料庫中已知的分子指紋比對,即可鑑定出分子種類)後,終於證實了這個有機物質就是2-氰基乙烯亞胺(2-cyanoketenimine)。

█NASA新視野號助攻 星際化學團隊發光

在此之前三年,吳宇中屢次嘗試改變氣體分子組成比例、照射能量、照射時間等數十種實驗條件組合,都苦無結果。美國的NASA、哈佛大學、夏威夷大學以及荷蘭的萊登大學也在從事冥王星的追星研究,同樣束手無策。

一直到2015年七月,美國NASA的新視野號太空船(New Horizons)首度飛越冥王星後,科學家推測冥王星表面的暗紅色區塊,可能是大氣分子經由宇宙射線照射後形成的霧霾,掉落在冥王星地表。吳宇中突然靈機一動,立即修正實驗順序,原本的作法是將氣體分子先製作成薄冰後,再用高能電子轟擊,他修正為先轟擊氣體分子後,再製作成薄冰,這個發想竟讓他成為全球第一個證實冥王星上存在有機分子的科學家。

█同步加速器光源 探索宇宙的利器

星際間充斥的高能紫外光是星際分子演化的能量來源,而同步加速器光源的紫外光,亮度是傳統光源的百倍以上。過去利用傳統光源實驗需要數天才能獲得的數據,以同步加速器光源照射,數小時便可完成。

隨著新視野號往更深的古柏帶飛行,吳宇中表示,未來他打算持續研究其他古柏帶星體表面冰層的光化學與輻射化學反應,期盼不久的將來能更進一步發現生物分子的存在。而同步加速器光源將持續引領著像他一樣的星際迷,進行探索宇宙的星際奇航。

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