伯克利實驗室協助探索小行星Bennu的秘密

在過去一年中，美國能源部的洛倫斯伯克利國家實驗室（Berkeley Lab）有一組不尋常的樣本：從距離地球約2億英里的4.5億年歷史小行星Bennu上收集的材料。

伯克利實驗室是超過40個機構之一，正在研究Bennu的化學成分，以更好地理解我們的太陽系和行星是如何演變的。今天在《自然》（Nature）期刊發表的一項新研究中，研究人員發現Bennu來自古老的濕潤世界，部分材料來自太陽系中最寒冷的地區，可能位於土星軌道以外。

這顆小行星包含了一組鹽礦沉積物，這些沉積物是在鹽水蒸發過程中以確切的序列形成的，留下了幾十億年前流動的水類型的線索。鹽水可能為生命的關鍵成分的合成提供了富饒的環境，而同種類型的礦物在地球上的乾涸湖床（例如加利福尼亞州的塞爾斯湖）中也可以找到，並且在木星的衛星歐羅巴和土星的衛星恩克拉多斯上也有觀測到。

“能夠研究直接來自太空的小行星材料是一個驚人的特權，”伯克利實驗室的科學家馬修·馬庫斯（Matthew Marcus）表示，他在先進光源（ALS）光束線上運行一些樣本的研究，並且參與撰寫了分析其化學組成的程序。“我們擁有高度專業化的儀器，能告訴我們Bennu的組成，並幫助揭示其歷史。”

來自Bennu的樣本是由NASA的OSIRIS-REx任務收集的，這是美國首次從小行星返回樣本的任務。該任務從Bennu返回了近122克的材料——這是迄今為止從月球以外的外星天體捕獲並返回地球的最大樣本。

馬庫斯與來自NASA艾姆斯研究中心的斯科特·桑福德（Scott Sandford）和加州大學伯克利分校太空科學實驗室的扎克·蓋因斯福斯（Zack Gainsforth）合作，使用先進光源（ALS）中的掃描穿透X射線顯微鏡（STXM）研究Bennu樣本。通過改變X射線的能量，他們能夠在納米尺度上確定特定化學鍵的存在與否，並繪製出小行星中發現的不同化學物質的分佈。科學團隊發現，一些從鹽水中最後蒸發的鹽類在岩石中分布得非常細微。

“這類信息為我們提供了關於形成這些樣本的過程、環境和時間的重要線索，”桑福德說。“了解這些樣本至關重要，因為它們代表了可能在早期地球表面播種的材料類型，並可能在生命的起源和早期演化中發揮了作用。”

在伯克利實驗室的分子鑄造廠，研究人員使用電子束對相同的Bennu樣本進行了透射電子顯微鏡（TEM）成像。分子鑄造廠還協助準備樣本以便在ALS進行實驗。專家們使用離子束雕刻出約一千倍於紙張厚度的微觀材料區段。

“能夠使用STXM和TEM檢查相同的原子，消除了我們解釋數據時的許多不確定性，”蓋因斯福斯說。“我們能夠確認我們確實在觀察到一種由蒸發形成的普遍相。獲得Bennu的秘密花了很多工夫，但我們對最終結果感到高興。”

這不是ALS和分子鑄造廠首次研究來自太空的材料。研究人員還利用這兩個設施調查小行星Ryugu的樣本，增進我們對早期太陽系的理解。未來一年，還將在ALS的STXM和紅外光束線對Bennu進行更多研究。

伯克利實驗室的研究人員今天還對發表在《自然天文學》（Nature Astronomy）上的第二篇論文做出了貢獻，該論文分析了小行星上發現的有機材料。在Bennu樣本中，科學團隊識別出地球生命用於構建蛋白質的20種氨基酸中的14種。他們還發現了所有五種核苷酸，這些環狀分子形成DNA和RNA，以及氨，這在地球上可能有助於早期生命的出現。

這些結果支持了小行星如Bennu可能在遙遠的過去將水和生命的基本化學構建塊送到地球的想法。根據Bennu小行星與我們外太陽系中的冰冷矮行星和衛星之間的相似性，這些潛在的生命成分可能是廣泛存在的。

如需更多信息，請閱讀完整的NASA新聞稿。

位於馬里蘭州格林貝爾特的NASA戈達德太空飛行中心負責OSIRIS-REx的整體任務管理、系統工程、以及安全和任務保證。亞利桑那大學（University of Arizona）唐特·洛雷塔（Dante Lauretta）是首席研究員。該大學負責科學團隊以及任務的科學觀測計劃和數據處理。洛克希德·馬丁公司（Lockheed Martin）位於科羅拉多州的小城鎮利特爾頓，建造了宇宙飛船並提供了飛行操作。

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洛倫斯伯克利國家實驗室（Berkeley Lab）致力於通過清潔能源、健康地球和發現科學的研究來為人類提供解決方案。該實驗室成立於1931年，基於團隊能最佳解決重大問題的信念，伯克利實驗室及其科學家已獲得16項諾貝爾獎。來自全球的研究人員依賴該實驗室的世界一流科學設施進行他們的開創性研究。伯克利實驗室是一個多計畫國家實驗室，由加利福尼亞大學管理，隸屬於美國能源部的科學辦公室。

美國能源部的科學辦公室是美國物理科學基礎研究的最大單一支持者，並致力於應對我們時代的一些最緊迫的挑戰。部分資料參考自美國能源部與美國NSO團隊。