追溯地球之外 – 太空FT-IR

詹姆斯·韦伯太空望远镜虽然才服役了几天， 但已在采集壮观的地外红外图像。

詹姆斯·韦伯太空望远镜捕捉到的船底座星云的“宇宙悬崖”

这些图像只是望远镜所能提供的信息的一小部分。它还能产生能够提供太阳系和遥远银河系的重要信息的红外光谱。因此，我们无需前往外太空去采集红外光谱和成像研究地外空间。

不必一直仰望星空……

‍‍‍‍‍无论是在太空还是在地球上，都可利用FT-IR光谱来确定陨石和其他地外天体的组成成分。

例如，它可分析陨石中的有机碳，还可以帮助我们进一步探索关于地球之水从何而来。通过布鲁克LUMOS II和HYPERION II FT-IR显微红外光谱仪，我们可以将太空带到您实验室的工作台上。

布鲁克LUMOS II和HYPERION II FT-IR显微镜将太空研究带到地球上

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太空中的有机质是如何形成的？

来自纽约和横滨的研究人员利用基于同步加速器的FT-IR显微镜，研究坠落在塔吉什湖（Tagish Lake）的陨石。¹

相关论文研究了矿物与有机质之间的空间和光谱关系。为此，研究人员实现了HYPERION 3000与Vertex 70 FT-IR光谱仪的结合使用。作者揭示了陨石颗粒的层状硅酸盐中脂肪族碳氢（C-H）和羟基（OH）化合物之间的空间联系。

        这意味着什么呢？尤其值得一提的是硅酸盐与有机质之间的联系，为陨石及其母体中有机质的起源和演化提供了可能的线索。事实上，结果可能表明层状硅酸盐：

1.    在有机质的合成中充当反应表面

2.    保护有机质不被氧化

来自图3的细节¹。分子官能团的综合红外图像。a) 颗粒的可见显微图像，b) 1180–850 cm^-1对应于硅酸盐中的Si-O延伸，e) 3000–2800 cm^-1对应于脂肪族 C-H延伸。图像的颜色代表吸光度，红色代表最高，紫色代表最低

这一令人激动的发现为我们了解太阳系的历史和有机质的演化提供了崭新而有价值的见解。

地球之水的起源

另一个令人不解的问题是：水是如何来到地球和太阳系其他行星的？大概是“背负”在碳质球粒陨石（CC）的背上——像撞击体一样。

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艺术家对于水是如何来到地球的概念图。图片来自《地球如何变得宜居》，由Inga Köhler博士提供

但对于这些水被捕获的机制，迄今尚不清楚。假定水是被贮存在撞击熔融物（如撞击玻璃状物质）中。为了揭示这背后的可能机制，来自布朗大学的科学家进行了极高速撞击实验。²他们向无水浮石靶标发射叶蛇纹石弹，以模拟水到达行星的过程。

他们利用布鲁克的LUMOS FT-IR显微镜透射模式分析了反应产物。使用FT-IR测定水的丰度和形态，通过分析3570 cm^-1和1630 cm^-1波长附近的吸收带计算总溶解水和溶解为分子态的H₂O。通过分析4500 cm^-1波长附近的吸收带计算溶解为游离态OH的水。

图A所示为反应产物的抛光颗粒。彩色方框对应于图B和图C中的FT-IR光谱。²

这些令人兴奋的实验表明，类CC陨石发射体将其相当大量（30%）的原始水提供给了硅酸盐结构体。

结论

未来几年，詹姆斯·韦伯望远镜将为我们带来许多来自外太空的宝贵信息和绝美画面。我们也可以呆在地面上，在太空探索领域取得突破性的发现。

‍‍‍‍‍参考文献：‍‍‍‍

(1) Yesiltas, M. and Kebukawa, Y. Associations of organic matter with minerals in Tagish Lake meteorite via high spatial resolution synchrotron-based FT-IR microspectroscopy. Meteoritics & Planetary Science. 584–595 (2016). doi: 10.1111/maps.12609 

(2) Daly, T. and Schultz, P.H. The delivery of water by impacts from planetary accretion to present. Sciences Advances. 4: eaar2632 (2018). doi: 10.1126/sciadv.aar2632