在火星岩石中偵測到超過20種有機分子

探索火星上是否存在有機物,是現代太空科學的核心議題之一,也是判斷火星是否曾具備宜居條件的線索。過去十年,搭載於好奇號(Curiosity)探測車上的「火星樣品分析儀」(Sample Analysis at Mars,SAM)已在蓋爾隕石坑(Gale crater)的沉積岩中偵測到苯、甲苯、含硫雜環化合物以及脂肪族分子等簡單有機物。具體來說,好奇號在火星上鑽取岩石粉末後,會把樣品送進SAM儀器內的加熱爐,以最高約550°C加熱,使有機分子氣化,再導入質譜儀分析。所以這些有機物都是以高溫裂解的方式得到的,而這又代表更多、更複雜的有機分子,可能仍以大分子有機碳的形式鍵結在岩石礦物之中,且難以透過高溫裂解方式偵測。為了突破此一限制,科學家為SAM配備了氫氧化四甲銨(TMAH,tetramethylammonium hydroxide)濕式化學實驗套件。其原理是,將TMAH(25%甲醇溶液)注入岩石樣品,透過鹼性水解和甲基化作用,切斷大分子有機物的共價鍵,並將羧酸轉化為揮發性較高的甲酯衍生物,最後以氣相層析質譜法(GC-MS)加以分析。

近日,美國多所大學及NASA戈達德太空飛行中心的研究團隊,對瑪莉安寧3號(Mary Anning 3)的鑽探樣品進行了上述TMAH實驗,成功偵測到超過20種有機分子,其中7種已完成鑑定:三甲苯、四甲苯、苯甲酸甲酯(methyl benzoate)、萘(naphthalene)、二氫萘(dihydronaphthalene)、苯並噻吩(benzothiophene)和甲基萘(methylnaphthalene)。偵測到benzothiophene的意義尤為重大,因為它在純高溫裂解實驗中並未出現,但在TMAH實驗中被清楚識別,它是迄今在火星上確認的最大未衍生化芳香族分子。另外,部分質譜訊號還與含氮雜環分子(如二甲基吲哚)相吻合,代表火星上可能存在生物學上的重要分子結構(註:DNA和RNA的鹼基都是含氮雜環化合物)。

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