瓶中迷你宇宙：实验室制造的宇宙尘埃揭示生命起源线索
宇宙中一些最重要的化学反应发生在地球人永远无法到达的地方，濒死恒星的外层、超新星的冲击波、以及新恒星诞生的寒冷稠密气体尘埃云中。在这些极端环境中，简单的原子组合成复杂的分子，包括碳、氢、氧和氮的化合物，这些物质最终成为地球上生命的基石。
如今，悉尼大学的一名博士生找到了一种方法，将这些宇宙化学过程带入实验室。在物理学院大卫·麦肯齐教授的指导下，琳达·洛苏尔多在不超过瓶子大小的玻璃管内从零开始重建了宇宙尘埃的形成过程，所产生的物质与太空中的真实尘埃具有相同的红外特征。
“这就像我们在实验室的瓶子里重现了一小片宇宙，”洛苏尔多说。
这项研究发表在《天体物理学杂志》上，为回答科学界最古老的问题之一提供了新途径：使生命成为可能的有机分子究竟从何而来？
如何在试管中构筑恒星的废气
实验出奇地简单。洛苏尔多和麦肯齐用真空泵抽走玻璃管中的空气，模拟太空近乎完美的真空状态。然后，他们向管中充入氮气、二氧化碳和乙炔，这些气体已知在恒星和星际环境中含量丰富。施加大约1万伏电压约一小时，产生了辉光放电等离子体，这是一种发光的物质状态，气体分子在此过程中被分解并重新组合成更大、更复杂的结构。
由此产生的尘埃以薄膜形式沉积在硅芯片上。洛苏尔多说，有些样品看起来像闪闪发光的宇宙碎片。
当团队使用红外光谱分析这种材料时，他们发现实验室尘埃发出的红外指纹与望远镜观测恒星形成区和濒死恒星时捕获的特征完全相同。这一匹配证实，该实验高度模拟了太空中产生宇宙尘埃的物理和化学过程。
CHON：生命元素
实验室制造的尘埃含有碳、氢、氧和氮，统称为CHON元素。这四种元素构成了氨基酸、核酸以及其他被认为是生命所必需的有机化合物的骨架。
这些元素究竟如何组装成第一批有机分子，是生命起源研究的核心谜团之一。一个主要假说认为，地球有机物质的很大一部分是在大约45.6亿至35亿年前通过陨石、微陨石和行星际尘埃抵达的，当时地球正受到太阳系形成过程中碎片的轰击。
“彗星和小行星材料中的共价键合碳和氢被认为形成于恒星外层、超新星等高能事件以及星际环境中，”洛苏尔多解释说。”我们试图理解的是将所有CHON元素整合到我们在宇宙尘埃和陨石中看到的复杂有机结构中的特定化学途径和条件。”
天文学家的指纹库
除了直接发现之外，这项研究为观测天文学开辟了一个实用途径。洛苏尔多和麦肯齐计划建立一个红外指纹数据库，收录不同种类的实验室制造宇宙尘埃，这些尘埃是在模拟特定天体物理环境的受控条件下生产的。天文学家可以将望远镜观测结果与该数据库进行比较，以确定他们观测到的是哪种尘埃以及它是在哪里产生的。
“通过在实验室制造宇宙尘埃，我们可以探索尘埃在太空中形成时所涉及的离子撞击强度和温度，”麦肯齐说。”如果你想了解宇宙尘埃云内部的环境（人们认为那里正在发生与生命相关的化学反应），这一点至关重要。”
这种方法还提供了一种读取陨石和小行星碎片内部记录的历史的方法。”它的化学特征记录了它的旅程，这样的实验帮助我们学会如何解读这一记录，”麦肯齐补充道。
洛苏尔多在2025年底举行的国际陨石学会年会上凭借这项研究获得了最佳演讲奖。该研究由澳大利亚研究理事会资助，并得到了Microscopy Australia悉尼大学节点的支持。
“我们不再需要等待小行星或彗星来到地球才能了解它们的历史，”洛苏尔多说。”你可以在实验室中构建模拟环境，利用红外指纹逆向解析它们的结构。”
来源
[1] University of Sydney. “A tiny universe in a bottle reveals clues to the origins of life.” ScienceDaily, 2026年7月19日. https://www.sciencedaily.com/releases/2026/07/260718010156.htm
[2] Losurdo, L., McKenzie, D. R., et al. “Laboratory synthesis of cosmic dust analogues and their infrared spectroscopic characterization.” The Astrophysical Journal, 2026; 997(2): 335. DOI: 10.3847/1538-4357/ae2bfe
婷 翻译