宇宙化学为什么要研究它关于寻找地球以外的生命它能教会我们什么

《今日宇宙》与研究人员进行了一些精彩的讨论，讨论了研究撞击坑、行星表面、系外行星、天体生物学、太阳物理学、彗星、行星大气和行星地球物理学的重要性，以及这些不同的科学领域如何帮助研究人员和公众更好地理解寻找地球以外的生命。

在这里，我们将研究宇宙化学的独特领域，以及它如何为研究人员提供有关太阳系及太阳系以外的知识，包括好处和挑战，寻找地球以外的生命，以及为希望学习宇宙化学的即将到来的学生提供建议的路径。但什么是宇宙化学以及为什么研究它如此重要?

“宇宙化学是对太空物质的研究，这些物质是构成行星、恒星、卫星、彗星和小行星的实际材料，”圣路易斯华盛顿大学物理学副教授瑞安·奥格里奥博士告诉《今日宇宙》。“这些东西可以采取所有形式的物质：固体、液体、气体和等离子体。

宇宙化学不同于天文学，天文学主要关注与这些物质相互作用的光的研究。研究实际的天体材料有两个主要好处：1)这些材料记录了它们形成的时间和地点的条件，使我们能够探究遥远的过去;2)材料的实验室测量非常精确和灵敏，并且随着技术的进步而不断改进。”

简而言之，宇宙化学领域，也称为化学宇宙学，完美地总结了卡尔·萨根的名言：“宇宙就在我们之内。我们是由恒星组成的。我们是宇宙认识自身的一种方式。”了解宇宙化学就是了解地球如何来到这里，我们如何来到这里，以及生命如何来到我们(希望)有一天能找到的地方。

与所有科学领域一样，宇宙化学融合了无数的方法和策略，其目标是回答宇宙中一些最困难的问题，特别是与宇宙中无数恒星和行星物体如何形成有关的问题。这些方法和策略主要包括对陨石和从太空(包括从月球、小行星和彗星)带回的其他物理样本进行实验室分析。但是研究宇宙化学有哪些好处和挑战呢?

“宇宙化学的主要好处之一是能够重现测量结果，”奥廖雷博士告诉《今日宇宙》。“我可以在我的实验室中测量某些东西，其他人可以在另一个实验室中测量相同的物体或非常相似的物体来确认我的测量结果。只有在通过不同的实验室和不同的技术进行重复测量之后，特定的声明才会被认可。”被社会普遍接受。这在天文学中很难做到，而且在研究太阳系其他天体的航天器上使用遥感测量也很困难。”

除了阿波罗载人登月任务外，所有其他来自太空的样本都是通过机器人航天器返回的。虽然从外部角度来看，这似乎是一个简单的过程，但从太空收集样本并将其带回地球是一个非常艰巨且耗时的一系列测试、程序、精确计算以及数百甚至数千名科学家和工程师确保每一个为了确保任务的圆满成功，只涉及很少的细节，通常只收集几盎司的材料。

这项巨大的努力不仅要确保成功采集样本，还要确保成功储存样本，以避免在回家途中受到污染，然后在样本返回地球后在太空舱中正确打开包装后取回样本，编目并存储以供实验室分析。

为了证明执行样本返回任务的难度，只有四个国家成功地使用机器人探险家从另一个行星体收集样本并将其返回地球：前苏联、美国、日本和中国。前苏联在20世纪70年代成功地将月球样本送回地球;美国已返回彗星、小行星甚至太阳粒子的样本;日本已成功从两颗小行星返回样本;最近，中国成功从月球返回61.1盎司，这是目前机器人样本返回任务的记录。但是，即使成功进行样本返回任务存在困难，宇宙化学可以教会我们什么关于寻找地球以外的生命呢?

“宇宙化学可以告诉我们生命所需的成分是如何通过小行星或彗星运送到行星或卫星的，”奥廖雷博士告诉《今日宇宙》。“由于我们在实验室里拥有小行星和彗星材料，我们可以判断这些物体是否可能提供了原始的生命前有机化合物。当然，这并不意味着地球(或其他地方)的生命是这样开始的，只是它是一条途径。在另一个世界上检测到生命将是科学史上最伟大的发现之一。所以我们当然想要绝对确定!这需要不同的实验室使用不同的技术进行重复测量，需要地球上的样本。我认为我们确定欧罗巴、土卫二或火星上是否有生命的唯一方法就是我们从这些地方带回样本带回地球。”

事实证明，NASA正在积极开展火星样本返回(MSR)任务，奥廖雷博士是该任务MSR测量定义团队的成员。MSR的目标是前往这颗红色星球收集火星风化层样本并将其返回地球，这在历史上是首次。这项任务的第一步目前正在由位于Jezero陨石坑的NASA毅力号火星车完成，它正在慢慢收集样本并将其放入火星表面的管子中，以供MSR将来检索。

对于木卫二来说，虽然已经就样本返回任务进行了多次讨论，包括2002年的一项研究讨论了从木卫二海洋进行的样本返回任务，以及2015年的一项研究讨论了潜在的羽流样本返回任务，但目前还没有确定的木卫二样本返回任务。有效，可能是由于距离太远。尽管如此，奥廖雷博士的任务并不是寻找生命，而是带领机器人前往木星的火山卫星木卫一，探索其众多的火山。对于土卫二来说，土卫二生命调查(LIFE)任务已经提交了许多任务提案，以从土卫二羽流中返回样本，但尚未被接受。但奥廖雷博士在其职业生涯中研究的宇宙化学最令人兴奋的方面是什么?

“在我看来，宇宙化学史上最重要的单一测量是太阳氧同位素组成的测量，”奥廖雷博士告诉《今日宇宙》。“要做到这一点，我们需要将太阳风样本返回地球，我们在美国宇航局的创世纪任务中就做到了这一点。然而，样本返回舱在地球上坠毁了。但这阻止了宇宙化学家吗?!天哪!凯文·麦基根(KevinMcKeegan)及其同事加州大学洛杉矶分校建造了一个专门的、巨大的、复杂的仪器来研究这些样本。尽管发生了坠机事故，麦基根和同事分析了太阳风中的氧气，发现它比地球上发现的氧气轻6%，并且与地球上的氧气成分相匹配。太阳系中已知最古老的物体：在陨石中发现的毫米大小的钙铝夹杂物(CAI)。”

奥廖雷博士继续向《今日宇宙》讲述了芝加哥大学的鲍勃·克莱顿(BobClayton)是如何预测这一结果的，并赞扬他自己的博士后莱昂内尔·瓦赫(LionelVacher)开展了一个以创世纪结果为基础的研究项目，并指出：“这是这是一个非常有趣的项目，因为它在技术上非常具有挑战性，而且结果将太阳系置于天体物理背景中。”

就像《今日宇宙》在本系列中研究的无数科学学科一样，宇宙化学之所以成功，是因为它的多学科性质有助于实现回答宇宙中一些最困难问题的目标。奥廖雷博士强调，实验室样品的分析涉及多种科学背景，以了解研究人员在每个样品中观察到的内容以及产生这些样品的过程。此外，这还包括前面提到的样本返回任务以及参与每个任务的成百上千名科学家和工程师。那么，Ogliore博士可以为那些希望攻读宇宙化学的即将入学的学生提供什么建议呢?

“生物学、化学、地质学、物理、数学、电子学——你都需要!”奥廖雷博士告诉《今日宇宙》。“如果你喜欢不断学习新事物，那么行星科学适合你。获得广泛的教育是件好事。这将对你的许多职业都有好处，但对于行星科学和宇宙化学来说尤其如此。我明白与研究火山的人们以及研究混沌运动的数学家一起工作。这有多酷?!”

总而言之，宇宙化学是一个极具挑战性和回报的研究领域，试图回答一些最困难和最长期存在的问题，这些问题涉及太阳系及其他天体(包括恒星、行星、卫星)存在的过程、陨石和彗星，以及生命如何在我们小小的蓝色世界中出现。如前所述，宇宙化学完美地总结了卡尔·萨根的名言：“宇宙就在我们之内。我们是由恒星组成的。我们是宇宙认识自身的一种方式。”正是通过宇宙化学以及对陨石和其他返回样本的分析，研究人员才能慢慢地回答生命的起源以及我们在哪里可以找到生命。

“陨石是人类已知的最壮观的自然记录，”奥廖雷博士告诉《今日宇宙》。“我们有来自火星、月球、火山世界、小行星灶神星和其他几十个世界的岩石。铁陨石是破碎行星的核心。这些岩石记录了四年五亿年前发生的过程，并于一颗每秒飞行数英里的炽热火球。您可以关注各种跟踪火球的博客，甚至可以计算陨石可能坠落的区域。如果有机会，请尝试找到其中一颗刚刚坠落的陨石。几率很小，但值得一试。我自己还没有找到陨石，但这是我的人生目标。”