小行星撞击是否为生命提供了热量和原料？

这是我们的大问题：地球上的生命是如何开始的？任何说他们有答案的人都是在讲故事。我们只是还不知道。

虽然确定的答案可能还有很长的路要走——或者可能永远找不到——但有一些聪明的方法可以蚕食这个伟大问题的边缘。日本神户大学的一组研究人员正在从这个引人注目的问题中提出自己的问题：小行星撞击产生的热量是否有助于生命的开始？

这组研究人员并不是第一个想知道小行星撞击以及它们在地球上生命的出现中可能扮演什么角色的人。但他们没有关注小行星撞击地球并输送水和化学物质，而是关注小行星与其他小天体之间的撞击。这些撞击产生的热量可能会在小行星表面产生水和生命起源的化学物质，然后输送到地球。

这组科学家首先将一个由多孔石膏制成的小行星代理作为目标。他们在小行星内部放置了热电偶来测量热量。然后他们用神户大学的气枪加速射弹，产生高速撞击。他们的两级气枪是专门的物理设备，可以将物体加速到极高的速度。

左边是神户大学的气枪。气枪可以以极高的速度推进弹丸以进行物理研究。右图来自 GM/Delco 工厂的气枪。这是由气枪以每秒 7,000 米的速度向铝块发射 7 克塑料弹丸的结果。图片来源：(L) Yasui 等人 2021，神户大学。(R) 摄影机操作员：RD Ward。服务描述：其他服务 - ID：DDSC8513609，公共领域，https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=876520

他们实验背后的一个关键想法是水的变化和产生它所需的热量。水相蚀变是指岩石中的矿物质因与水发生化学反应而发生变化。这些反应可以产生有机固体。但要发生这些反应，必须有热量来融化小行星的冰。在较大的天体中，科学家认为放射性同位素铝 26 的衰变可以为水相变质提供热量。但这仅发生在直径约 10 公里的较大小行星中，并且可能只发生在太阳系的前 1000 万年左右，然后所有的 Al 26 都衰变了。由于对太阳系生命后期较小的小行星的影响，是否会发生水系变化？

他们在提高射弹速度时监测了撞击产生的温度。他们不仅想知道产生了多少热量，还想知道这种热量会持续多长时间。小行星撞击能产生足够的热量来产生生命起源的化学物质而不破坏小行星本身吗？这些条件在太阳系中有多普遍，这些化学物质是否仍然会在像我们这样的旧太阳系中产生？

该团队在他们的论文中指出，在主小行星带中，小行星之间的相对速度约为 4 至 5 公里/秒。这些碰撞的冲击会立即升高由此产生的陨石坑周围的温度。像这样的碰撞在我们太阳系的年轻时代很常见，在所有的 Al 26 已经衰变很久之后。这些撞击产生的热量在更多孔的小行星天体上最为明显。已经对这些撞击产生的热量进行了许多数值研究，但这篇论文的作者说，他们的研究可能是第一次直接研究它们。

研究人员使用以不同速度行进的不同类型的射弹来开发撞击加热模型。下图显示了他们的一些实验结果。

左图显示了聚碳酸酯弹丸以 1.7?km?s ?1行进的撞击结果。右图显示了铝制弹丸以 4.3?km?s ?1行进的撞击结果。标记为 i=1 到 4 的点代表热电偶。图片来源：Yasui 等人 2021。

凭借手头的实验数据，该团队开发了一个经验法则，用于分析撞击加热对小行星的影响。基于该规则的热传导模型使他们能够计算撞击坑周围的热量分布。然后他们将他们的模型与从陨石分析中已知的水蚀变和有机固体的形成进行了比较。

该图像显示了使用热传导模型计算的小行星母体陨石坑底部周围的热量分布
。虚线是等温线轮廓线。与等温线等高线相交的数字表示用陨石坑半径对距撞击点的距离进行归一化时获得的值。每个面板显示离地球不同距离的物体的结果。

总的来说，研究人员发现小行星撞击产生生命必需的化学物质的可能性比想象的要广泛。它在空间和时间上都更加广泛，并且可以通过撞击产生直径小至 100 m 的陨石坑来产生必要的热量。该团队表示，他们的结果增加了可以为地球生命起源输送水和有机物质的天体数量。

他们工作的另一个有趣结果涉及在太阳系形成之初起源于星云的有机固体。该团队表明，撞击产生的热量可能就像一把双刃剑。热量不仅可以锻造新的有机材料，而且可以破坏早期小行星和小行星母体上存在的相同类型的材料。

我们可能永远不会确切知道是什么导致了地球上生命的出现。但我们至少可以建立一条证据线索，导致它出现的必要性。如果这篇论文的结论是正确的，那么生命所必需的一些化学物质的产生可能比想象的要普遍。