冥王星藏有地球生命起源的種子？同步加速器光源揭密

在盧貝松的電影《露西》中，描述宇宙經過大爆炸後，產生了時間、空間以及生命體。你是否曾想過，地球上生命的起源可能來自於冥王星等古柏帶（Kuiper Belt）的星體？

1951 年荷裔美籍天文學家古柏（Gerard Peter Kuiper）曾經推論，太陽系誕生初期所殘留的碎片，被拋到太陽系外圍並形成古柏帶，因此古柏帶保存著太陽系最早期的原始物質。更有科學家推測，這些無機物質經宇宙射線照射後，可以轉變為有機物質，而彗星就是將這些有機物質由古柏帶快遞到地球的星際列車。

國家同步輻射研究中心的吳宇中教授、金之豪博士及陳憲璁、劉孟澄與黃自平 3 位研究助理所組成的星際化學研究團隊，打造了一個實驗腔體，以模擬位於古柏帶的冥王星表面的極端太空環境，同時利用高能電子束模擬宇宙射線，並使用台灣光源（Taiwan Light Source）的巨龍光束線，取得與哈伯望遠鏡吻合的「遠紫外光吸收光譜」，耗時 3 年，首度證實冥王星存在著有機分子，研究成果榮登知名期刊《天文物理學期刊增刊》（The Astrophysical Journal Supplement Series）。

▲ 模擬冥王星大氣環境的實驗腔體。

模擬冥王星的極端太空還境，成功製造並證實有機物存在

2012 年哈伯望遠鏡傳回了冥王星表面模糊的遠紫外光吸收光譜，科學家據此推測冥王星上可能存在有機物，但數年來一直無人能證實。這個消息激起了吳宇中的興趣，便開始仿照冥王星的大氣分子組成、近真空的大氣壓力與低於零下 240 度的表面溫度，架設一個模擬冥王星環境的實驗腔體；並以高能電子束去轟擊氣體分子，來模擬氣體分子被宇宙射線照射後，可能產生的化學反應與產物。

轟擊後還必須將產物冷卻成薄冰，模擬覆蓋在冥王星表面的極冷冰層。經過數十次實驗，終於重現了 2012 年哈伯望遠鏡觀測到的遠紫外光吸收光譜，亦即成功製造出冥王星表面的不明有機物。為了進一步探測這個物質的廬山真面目，吳宇中更利用高靈敏度的「紅外吸收光譜儀」進行掃描，並且比對資料庫內數萬筆的「分子指紋」後，終於證實了這個有機物質就是 2-氰基乙烯亞胺（2-cyanoketenimine）。

NASA 新視野號助攻，星際化學團隊發光

在此之前 3 年，吳宇中屢次嘗試改變氣體分子組成比例、照射能量、照射時間等數十種實驗條件組合，都苦無結果。美國的 NASA、哈佛大學、夏威夷大學以及荷蘭的萊登大學也在從事冥王星的追星研究，同樣束手無策。

一直到 2015 年 7 月，美國 NASA 的新視野號太空船（New Horizons）首度飛越冥王星後，科學家推測冥王星表面的暗紅色區塊，可能是大氣分子經由宇宙射線照射後形成的霧霾，掉落在冥王星地表。吳宇中突然靈機一動，立即修正實驗順序，原本的作法是將氣體分子先製作成薄冰後，再用高能電子轟擊，他修正為先轟擊氣體分子後，再製作成薄冰，這個發想讓他成為全球第一個證實冥王星上存在有機分子的科學家。