戈达德实验室在宇宙冰的极端边缘工作

在锁定的门后面,在一个像炸弹庇护所建造的实验室里,Perry Gerakines制作了一个平凡的东西,真正的外星人:冰。

这是一个 ’雪花或冰块的冰。不,这冰需要如此强烈的寒冷和低压,以形成正确的条件很少,如果有的话,如果有的话,自然地发生在地球上。当Gerakines制造冰时,他必须保持层,如此微观薄,它是由一粒花粉赋予的。

这些超薄层变得非常适合重建在太空中发生的一些关键化学。在这些小型测试管,Gerakines和他的宇宙冰实验室的同事在美国国家航空航天局’在格林贝尔特,MD的S戈达德太空飞行中心,可以从太阳系历史上的几乎任何时候和地方重现冰的反应,包括一些可能有助于解释生命的起源。

戈达德实验室在宇宙冰的极端边缘工作“这不是从高中记得的化学物质,”Reggie Hudson说,谁领导宇宙冰实验室。“这是极端的化学:苦寒,苛刻辐射和几乎不存在的压力。它’通常在气体或固体中进行,因为一般来说,那里都有’星际空间中的液体。”

宇宙冰实验室是全球少数实验室之一,研究人员一直在研究宇宙冰的超速化学。凭借其强大的粒子加速器,戈达德实验室具有模仿几乎任何一种太阳能或宇宙辐射的特殊能力,以驱动这些反应。这让他们深入研究行星和卫星表面下方的冰和太空中的冰。

混乱的谱系

在一个关于午餐盒的大小的真空室中,Gerakines在其所有极端重现了一点点深层空间。他抽出空气,直到内部的压力下降到一个低于地球的亿倍的水平,然后冷却腔室减去433华氏度(15个kelvins)。要获得冰,剩下的就是打开阀门并让水蒸气。

短升蒸气分子的瞬间进入腔室,它们在其轨道上冻结。仍然指向所有哪种方式,分子立即从其气态转化到称为无定形冰的无序固体中。无定形冰与地球上典型的冰完全相反,这形成了像化妆雪花或霜筒针的完美晶体。这些晶体如此有序和可预测的是,这种冰被认为是矿物质的,在莫赫的硬度范围内完成2.5的评级 - 与指甲相同的评级。

虽然几乎闻所未闻地在地球上,无定形冰是如此普遍存在的星际空间中,它可能是宇宙中最常见的水。从年龄左转,太阳系出生时,它散落在距离距离,往往是颗粒没有比灰尘谷物更大。它’S也被发现在彗星和冰冷的卫星中。

在实验室中制作无定形冰的秘诀,Gerakines发现,是将该层限制在大约半千分微米的深度,而不是一股蜘蛛’s silk.

“水是如此良好的绝缘体,如果冰变得太厚,只有样品的底部,更接近冷却源,将保持足够冷,” says Gerakines. “顶部的冰会变暖足以结晶。”

SuperPhin冰可以掺入空间中发现的各种有趣的化学品。 Gerakines与Gerakines合作的一套化学物质是氨基酸,这是地球生命中的主要球员。研究人员花了几十年的陨石中的氨基酸(包括涉及生活中的一些氨基酸),以及在从彗星取出的样品中发现的几十年。

“因为水是星际介质和外太阳系统中冷冻材料的主要形式,” says Gerakines, “任何氨基酸都可能在某些时候与水接触。”

对于目前的一组实验,Gerakines制备三种冰,每个冰掺入蛋白质中发现的氨基酸(甘氨酸,丙氨酸或苯丙氨酸)的无定形形式。

Gimme庇护所

当Gerakines用辐射击中冰时,真正的行动开始了。

其他研究人员的早期研究看过使用紫外线的冰化学。格拉克斯选择选择宇宙辐射,这可以达到隐藏在地球或月球表面下方的冰。为了模仿这种辐射,他使用来自高压粒子加速器的质子梁,该射线沿着用于安全的巨大混凝土墙壁衬砌的地下室。

用质子梁,一百万年’只有半小时可以复制价值。并且通过调整辐射剂量,Gerakines可以将冰视为在彗星或冰冷的卫星和行星中露出或埋在不同的土壤中的不同深度。

他测试了三种水加氨基酸冰,并将它们与氨基酸制成的冰相媲美。在爆炸之间,他使用a检查样品“分子指纹识别”技术称为光谱学,看看氨基酸是否正在破裂和化学副产物是形成的。

随着预期的,随着辐射剂量加起来,越来越多的氨基酸破裂。但是Gerakines注意到氨基酸如果冰包括水,氨基酸比他们自己留下的水。这是奇数的,因为当水分解时,它留下的片段是羟基(OH),众所周知的用于攻击其他化合物。

光谱学证实了产生一些哦。但总的来说,Gerakines说,“水基本上表现得像辐射屏蔽一样,可能吸收很多能量,同样的方式是一层岩石或土壤。”

当他在两个更高的温度下重复实验时,他感到惊讶地发现酸票价更好。从这些初步测量中,他和哈德森计算氨基酸在一系列温度范围内的冰冷环境中可以保持不变。

“我们发现一些氨基酸可以在冥王星或火星表面附近的冰附近生存到数亿岁的冰上,并在外太阳系统的彗星等地方埋入至少厘米[小于半英寸]的地方,” says Gerakines. “对于一个变得沉重的辐射,如欧罗巴,他们需要埋在几英尺的地方。”(这些调查结果在2012年8月在伊卡斯杂志中报道。)

“勘探任务的好消息,” says Hudson, “看起来好像这些氨基酸实际上比在典型的典型的典型地方,欧罗巴和甚至火星等典型的温度更稳定。”

宇宙冰实验室是戈达德的星体化学实验室的一部分’S太阳能系统勘探部门,部分由戈达德岛和美国航空航天局的天使天线学院和美国航空航天局的天线学院资助。



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