首次发现！行星“摇篮”检测到罕见同位素信号？

撰文丨李明涛（中国科学院国家空间科学中心研究员）

近日，由美国哈佛-史密森天体物理中心领衔的国际科学家团队，利用智利阿塔卡玛大型毫米波天线阵列，在年轻恒星周围的行星形成盘内首次检测到罕见的甲醇同位素信号，为破解生命形成之谜提供了关键钥匙。

什么是行星形成盘？为何行星形成盘被称为宇宙中神奇的化学实验室？行星形成盘内首次检测到甲醇同位素信号，这意味着什么？为何说这一发现为破解生命形成之谜提供了关键钥匙？

行星形成盘，也被称为原行星盘，是围绕年轻恒星的盘状结构，主要由气体和尘埃组成。它是恒星形成后残留的物质聚集区，也是行星、小行星、彗星等天体的 “诞生地”。例如，太阳系形成初期也存在类似的盘状结构，地球、木星等行星正是在其中通过尘埃逐级聚合、碰撞、吸积逐步形成的。

行星形成盘是复杂有机分子合成的理想场所，原因在于其独特的环境条件：1）丰富的原材料——行星形成盘中含有大量星际冰晶、气体和尘埃，为复杂分子的合成提供了充足的物质基础；2）多样的温度梯度——靠近恒星的高温区域温度可达上千摄氏度，而外围的低温区域温度可达零下260摄氏度，为不同化学反应提供适宜的温度条件；3）丰富的能量来源——恒星的紫外辐射、宇宙射线等能量，可打破简单分子的化学键，促使其重新组合成更复杂的有机分子；4）物质混合机制——盘内的湍流运动、尘埃颗粒碰撞、引力扰动会推动不同区域的物质混合，让简单分子有机会接触并发生反应，逐步生成生命所需的基础原料。

行星形成盘内丰富的物质在温度梯度、恒星紫外辐射、宇宙射线及湍流运动，共同构成一个神奇的“分子组装工厂”：简单分子在尘埃冰壳上经光化学反应重组，逐步生成复杂有机物，构成生命起源的基础材料。

在年轻恒星的行星形成盘中发现罕见甲醇同位素对破解生命形成之谜具有重要意义：

1）表明生命原料在宇宙中具有普遍性——甲醇是一种重要的简单有机分子，是构建氨基酸、糖类等复杂生命分子的关键前体分子。在年轻恒星的行星盘中发现甲醇，暗示生命原料的形成并非太阳系独有，而是在宇宙中普遍存在的现象。

2）验证了生命原料的输送机制——甲醇同位素的比例与太阳系内彗星中的比例一致，支持了 “彗星输送假说”：行星形成盘中的有机分子会冻结成冰晶，聚集形成彗星；彗星通过撞击年轻行星表面，将这些分子 “播撒” 到行星上。例如，地球早期的水和部分氨基酸可能就来自彗星撞击。该机制的普遍性，意味着其他行星系统也可能通过同样的方式获得生命原料。

3）暗示了更复杂有机分子的存在——此次发现的甲醇同位素含量仅为普通甲醇的 1/100-1/10，但其信号仍能被阿塔卡玛大型毫米波天线阵列捕捉到。意味着行星形成盘中可能存在更丰富的复杂有机分子，构成蛋白质的甘氨酸等，只是目前受限于观测灵敏度尚未被发现。未来通过更高精度的设备，有望探测到这些分子，进一步完善生命原料的 “分子链条”。

4）为地外生命搜寻提供了新方向——研究指出生命原料最可能富集在距离恒星约24亿公里的尘埃环带，该区域相当于太阳系中海王星轨道外的柯伊伯带。该区域低温且富含冰晶，是彗星形成的理想场所，未来的探测任务可优先关注此类区域。

从生命原料到生命形成是个复杂的过程。在恒星周围的行星形成盘内首次检测到罕见的甲醇同位素信号，不仅表明了生命原料在宇宙中的普遍性，也验证了生命原料的输送机制，更为未来地外生命搜寻提供了新方法。期待未来能够取得更多科学发现，早日完成从“简单分子-复杂分子-生命物质-生命现象”的拼图，让人类离破解 “生命如何在宇宙中诞生” 更近一步。