弹跳彗星可以为系外行星提供生命的基础

为了输送有机物质，彗星必须相对缓慢地运行——速度低于每秒15公里。在更高的速度下，重要的分子将无法生存——撞击的速度和温度会导致它们分裂。

彗星最有可能以合适的速度运行的地方是“豆荚里的豌豆”系统，其中一群行星紧密地绕在一起运行。在这样的系统中，彗星基本上可以从一颗行星的轨道通过或“弹跳”到另一颗行星，从而减慢它的速度。

以足够慢的速度，彗星会撞击行星表面，释放出完整的分子，研究人员认为这些分子是生命的前身。研究结果发表在《英国皇家学会学报A》上，表明如果彗星传送对于生命起源很重要，那么这些系统将成为寻找太阳系外生命的有希望的地方。

众所周知，彗星含有一系列生命的组成部分，称为益生元分子。例如，2022年分析的龙宫小行星样本显示，它携带完整的氨基酸和维生素B3。彗星还含有大量氰化氢(HCN)，这是另一种重要的生命起源分子。HCN强大的碳氮键使其更耐高温，这意味着它有可能在进入大气层后保持完好无损。

“我们一直在更多地了解系外行星的大气层，因此我们想看看是否存在彗星也可以输送复杂分子的行星，”剑桥天文研究所的第一作者理查德·安斯洛说。“地球上产生生命的分子可能来自彗星，因此银河系其他地方的行星也可能如此。”

研究人员并没有声称彗星对于地球或任何其他行星上的生命起源是必要的，但他们希望对彗星可以成功传递复杂分子(例如HCN)的行星类型进行一些限制。

我们太阳系中的大多数彗星都位于海王星轨道之外，即所谓的柯伊伯带。当彗星或其他柯伊伯带天体(KBO)相撞时，它们会被海王星的引力推向太阳，最终被木星的引力吸引。其中一些彗星穿过小行星带进入内太阳系。

安斯洛说：“我们想在与我们自己的行星相似的行星上测试我们的理论，因为地球是目前我们唯一支持生命存在的行星。”“什么样的彗星，以什么样的速度运行，可以提供完整的益生元分子?”

使用各种数学建模技术，研究人员确定彗星有可能为生命提供前体分子，但仅限于某些情况。对于围绕类似于我们太阳的恒星运行的行星来说，行星的质量必须较低，这有助于行星与系统中其他行星的轨道接近。研究人员发现，近距离轨道上的行星对于低质量恒星周围的行星来说更为重要，因为这些恒星的典型速度要高得多。

在这样的系统中，彗星可能会被一个行星的引力吸引，然后在撞击之前传递到另一个行星。如果这种“彗星经过”发生足够多次，彗星就会减慢足够的速度，以便一些益生元分子能够在进入大气层时幸存下来。

安斯洛说：“在这些紧密排列的系统中，每颗行星都有机会与彗星相互作用并捕获彗星。”“这种机制可能就是益生元分子最终出现在行星上的方式。”

对于围绕低质量恒星运行的行星(例如M矮星)，彗星输送复杂分子会更加困难，尤其是当行星松散堆积时。这些系统中的岩石行星也遭受更多的高速撞击，可能对这些行星上的生命构成独特的挑战。

研究人员表示，他们的结果对于确定在太阳系外寻找生命的位置可能很有用。

“令人兴奋的是，我们可以开始确定可用于测试不同来源场景的系统类型，”Anslow说。“这是一种不同的方式来看待地球上已经完成的伟大工作。哪些分子途径导致了我们周围看到的生命的巨大多样性?是否有其他行星也存在相同的路径?这是一个激动人心的时刻，能够结合天文学和化学的进步来研究一些最基本的问题。”