用太空塵埃質譜研究宇宙起源及探測外星球生命

　　自從在隕石撞擊地球的殘余物中發現有機物后，人們猜測有機物可能在促進生命起源的化學、生物大分子和早期的生命誕生方面做出了貢獻。太空的研究證實了存在有機化合物，特別是哈雷彗星的塵埃顆粒和土星的外環冰粒，使我們更加明白了這個問題。

　　如果來自太空的有機物給地球帶來生命的話，它有沒有可能為宇宙的其它地方帶來生命呢?

　　在真正發現外星人生命跡象之前，科學家們正在持續不斷地收集地球和外太空的證據。在德國，科學家們使用海德堡塵埃加速器（Heidelberg Dust Accelerator）進行相關實驗，試圖發現當超高速塵埃粒子碰撞物體后究竟發生了什么。這個研究結果將用于校準航天器上的塵埃傳感器，來幫助解釋飛船實驗，如乘坐卡西尼去土星的任務（aboard the Cassini mission to Saturn）。

　　塵埃加速器發射的粒子具有高達100 km/秒的速度，這些粒子進入靶，這些靶是由金屬、行星類似物或用于太空的行星內收集器材料制成的。這些作用產生了等離子體，可以用飛行時間質譜研究。

　　在最近的一系列實驗中，采用最新開發的靶區面積為0.1平方米的大面積質譜分析儀（Large Area Mass Analyser）來獲得粒子撞擊質譜圖。大面積質譜分析儀采用反射器，質量分辨大約為200，對這么大的靶尺寸來說，這個分辨率是超高的，比當下最好的儀器——Cassini.飛船上的宇宙塵埃分析儀還要精準。

海德堡塵埃加速器（The Heidelberg Dust Accelerator）

直徑為1.4 米的加速器真空腔

　　這項研究成果發表在質譜快訊（Rapid Communications in Mass Spectrometry）上，作者是Ralf Srama和其同事，這是一項7中心的聯合研究成果，這些合作單位包括：海德堡的馬普核物理研究所，斯圖加特大學，海德堡大學，德國不倫瑞克大學（Braunschweig），英國謝菲爾德大學，美國科羅拉多大學，德國卡爾斯魯厄大學的氣象和氣候研究所。

　　由乳膠為核心制備的有機微粒，具有有機導電聚合物的超薄層，確保有足夠的表面電荷積聚，這些有機微粒直徑為0.2 ~ 1.8微米，它們以高達35km/秒的速度轟擊帶銀箔或銀黑表面涂層的LAMA靶。

　　對聚吡咯涂層（PPA）、聚苯胺涂層的聚苯乙烯粒子（PAS）、聚吡咯涂層的聚乙烯[（4 – 乙烯基塑料）硫化物]（PPV）粒子進行了測試，能夠獲得好的質譜圖。在所有情況下，從銀箔中預期產生的¹⁰⁷Ag和¹⁰⁹Ag離子都能被檢測到，除此之外，其它的來自表面的雜質如鈉正離子、鉀正離子和氯負離子也都能被檢測到。

　　其余的離子還包括：烴碎片離子、碳簇離子、銀簇離子，以及混合的靶-粒子簇離子，所有上述離子都是帶單電荷的。觀測到的質譜峰來源于乳膠核心，而不是來源于殼層，可能是由于整個粒子質量的低組分（<10%）。在5~8km/秒的低速下，PPA 和PAS譜圖的主要離子來自于聚苯乙烯如Tr m/z 91。

　　當速度超過10km/秒時，譜圖完全改變了，Tr離子及其相關離子不見了，整個質量范圍的譜圖主要變成氫化碳簇離子，比如基于聚炔烴和累接雙鍵烴（ cumulenes）的結構。

　　對于PPV粒子，當速度達到15km/秒，帶奇數氫的氫化碳簇離子是主要的；但當速度達20km/秒時，C₄簇離子成為主要質譜峰，還觀測到了銀簇離子峰。

　　研究還分析了負離子模式下，在12 km/秒速度以上的PPV材料，超過8個原子以上的裸碳簇離子被觀察到，最高質量數達m/z 96，并發現了氯化物、硫化物和硫氫化物的峰。

　　上述譜圖中的有機型離子反映了母體分子的組成，因此可鑒定該分子。較低的轟擊速度產生更大的離子和碎片；而較高的轟擊速度導致更高效的鍵斷裂，產生更小的碎片。

　　這種結構關系使研究人員確信，低于35km/秒的轟擊速度適合于鑒定在微粒和宇宙塵埃中的有機材料，在更低的速度下能夠獲得更詳盡的信息。“預計這些基礎的研究將提高我們對彗星、行星和宇宙塵埃顆粒的理解，這些塵埃顆粒以超高速度在星際間旅行，并已知道它們包含有脂肪族和芳香族有機化合物。”

原文鏈接：Rapid Communications in Mass Spectrometry 2009, 23, 3895-3906: "Mass spectrometry of hyper-velocity impacts of organic micrograins"