贝努与龙宫样本揭示原始小行星共性特征及其对类地行星生命起源物质输入的启示

《Nature Communications》：Bennu and Ryugu constituents from samples IR analyses and potential source of terrestrial planets’ ingredients

本刊编辑推荐：针对碳质小行星样本易受地球环境改造而难以研究其原始性质的问题，研究人员利用近红外高光谱显微镜MicrOmega对OSIRIS-REx任务返回的贝努样本和隼鸟2号返回的龙宫样本开展系统对比分析。研究发现两颗小行星样本在厘米至亚毫米尺度均呈现相似的含水矿物基质和特殊含磷化合物（HAMP）特征，表明其母体经历相似的外太阳系形成演化过程。这项发表于《Nature Communications》的研究首次证实HAMP类化合物在两类小行星中的普遍存在，为解析地外生命前驱物质的输送机制提供了关键证据。

　　

在探索太阳系起源的征程中，碳质小行星犹如封存了46亿年历史的时光胶囊，记录着行星形成初期的化学演化过程。然而，当这些地外物质以陨石形式坠落到地球表面时，其原始性质往往会受到大气层和地表环境的改造。正是为了破解这一难题，NASA的OSIRIS-REx任务和JAXA的隼鸟2号任务分别从贝努（Bennu）和龙宫（Ryugu）两颗碳质小行星成功采集样本并返回地球，为科学家首次提供了免受地球污染的第一手研究材料。

发表于《自然·通讯》的这项突破性研究，通过法国巴黎萨克大学天体物理研究所领衔的国际团队，利用近红外高光谱显微镜MicrOmega对两类样本开展系统分析。令人惊讶的是，尽管贝努和龙宫在太空遥感观测中显示出明显不同的光谱特征（贝努呈现蓝移而龙宫呈现红移），但实验室分析却揭示出二者在化学成分上的惊人相似性。这一发现不仅挑战了传统的小行星分类认知，更暗示我们可能发现了一类具有共同起源的外太阳系天体家族。

研究人员采用的高光谱成像技术堪称“矿物侦探”，其独特优势在于能在不破坏样本的前提下，直接在小行星样本的原始保存环境（纯氮气氛围）中进行亚毫米级精细分析。通过对比两颗小行星样本在0.99-3.65微米波段的吸收特征，团队系统识别出四类关键矿物组合：富含镁的层状硅酸盐基质、多种碳酸盐矿物、水合铵镁磷化合物（Hydrated Ammonium-Magnesium-Phosphorus, HAMP）以及罕见无水硅酸盐。

厘米至毫米尺度特征

在毫米尺度观测中，贝努样本展现出与龙宫样本高度相似的光谱特性：2.5微米处2-3%的低反射率、1.0-2.5微米的红化斜率，以及2.72微米处典型的O-H伸缩振动吸收峰。特别值得注意的是，样本中未检测到3微米处的水分子吸收信号，这证实了样本从未暴露于地球大气，保持了原始状态。贝努样本在3.4微米处的吸收特征（深度3-4%）略强于龙宫样本（约2%），这与贝努样本较高的碳含量（4.7% vs 3.8%）相吻合。

亚毫米尺度矿物多样性

在亚毫米尺度下，研究人员在暗色基质中识别出多种高反射率（5-20%）的矿物包裹体：

1型光谱显示3.3-3.5微米碳酸盐特征，包括白云石（CaMg(CO₃)₂）和铁镁碳酸盐（(Mg,Fe)CO₃）两类；

2型光谱呈现宽3微米水分子吸收带，对应水合铵镁磷化合物（HAMP），其9.5微米处的P-O伸缩振动峰是重要诊断特征；

3型光谱同时显示2.7微米（Mg-OH）和3.05微米（N-H）吸收，表明铵盐与镁质层状硅酸盐的共生组合；

4型光谱显示<1.6微米强斜率，对应镁铁橄榄石（Mg/(Fe+Mg)≈60-70%），部分颗粒还显示羟基化特征。

关键实验技术方法

本研究核心技术为近红外高光谱显微镜MicrOmega（0.99-3.65微米）与原位μ-FT-IR中红外光谱（2.0-13微米）联用，所有分析均在JAXA地外样本 curation 中心的纯氮环境中完成。样本包括OSIRIS-REx任务返回的5份贝努批量样本（总重0.665克）和隼鸟2号任务的龙宫对照样本，通过声光可调滤光片技术实现22.5微米空间分辨率的无损检测。

讨论与意义

本研究最显著的发现是HAMP化合物在贝努和龙宫样本中的普遍存在。这类含磷矿物在地球生物化学中具有特殊意义，因为磷是DNA、RNA和ATP等生命关键分子的核心元素。研究提出的形成机制揭示：早期钙碳酸盐的形成消耗了环境中的钙离子，从而促进铵镁磷酸盐（而非更稳定的磷灰石）的生成。这一过程要求母体形成于外太阳系低温环境（<-70°C），且需具备充足的铵源。

尽管贝努和龙宫样本在整体成分上高度相似，但仍存在重要差异：贝努样本的2.7微米吸收峰深度（10-12%）较浅，暗示其含水蚀变程度较低；贝努样本中无水硅酸盐含量（约2 vol%）也显著高于龙宫（<0.5 vol%）。这些差异可能反映母体不同区域蚀变程度的不均一性，或贝努在母体破碎再积聚过程中采集了更多样的物质来源。

值得注意的是，贝努的遥感观测显示蓝移光谱斜率，而实验室样本却呈现红移特征。这种反差提示小行星表面光谱特征可能主要受物理性质（质地、孔隙度）和太空风化共同控制，而非成分差异的直接反映。这一发现对基于遥感数据的小行星分类体系提出了重要修正要求。

这项研究最终描绘出一幅连贯的演化图景：贝努和龙宫母体共同起源于外太阳系，经历相似的低温水岩相互作用，形成富含挥发分的层状硅酸盐基质和特殊磷化物。这些原始天体可能通过动力学迁移机制将生命前驱物质输送至内太阳系，其中HAMP化合物作为高效的磷载体，可能在地球生命起源过程中发挥了关键作用。该研究不仅重新定义了碳质小行星的演化范式，更为我们理解地外物质对地球生命诞生的贡献提供了坚实证据。