《自然·地球科学》来自小行星的地球挥发物线索
作者：Takaaki Noguchi
2025年8月22日，《自然·地球科学》发表了一篇题为《来自小行星的地球挥发物线索》的评论文章，作者为日本东北大学的野口高明（Takaaki Noguchi）。该文综述了近年来从小行星“龙宫”（Ryugu）和“贝努”（Bennu）返回的样本如何深化我们对太阳系中水冰及含氮有机物分布的理解，并为地球挥发物（如水、氮、碳等）的来源提供了关键证据。
小行星是主要分布于火星与木星轨道之间的小型太阳系天体，分隔了内太阳系与外太阳系。它们起源于太阳系早期的不同区域，后因巨行星（尤其是木星）引力扰动而迁移。长期以来，陨石——主要来自小行星并抵达地球表面的物质——是我们研究太阳系原始材料的主要样本。目前，全球已登记超过77,000块陨石，其中碳质球粒陨石（carbonaceous chondrites）仅占约4%。这类陨石富含挥发性元素，被认为是地球挥发物的重要潜在来源之一。然而，由于其结构脆弱，多数在进入大气层时破碎，导致地表样本稀少。特别是化学成分最接近原始太阳星云的CI型碳质球粒陨石，全球仅有10块记录在案。
近年来，日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的“隼鸟2号”任务成功从小行星162173“龙宫”带回样本，美国国家航空航天局（NASA）的“欧西里斯号”（OSIRIS-REx）任务也从101955“贝努”采集了物质。这两颗小行星均属于CI型或类CI型天体，其样本为研究太阳系早期挥发物提供了前所未有的“纯净”材料。
CI型物质的元素丰度与太阳光球极为相似（除氢、碳、氮、氧和惰性气体等高挥发性元素外），因此被广泛用作太阳系元素组成的基准。这些物质虽经历了显著的水蚀变过程——即原始无水矿物与水冰融化形成的液态水发生反应，生成蛇纹石、皂石、磁铁矿、碳酸盐等含水矿物——但其原始成分仍保留了太阳星云的印记。
值得注意的是，“龙宫”与“贝努”的样本在矿物学上高度相似，但在含氮化合物的丰度上存在明显差异。“贝努”富含氨（NH₃）和多种含氮有机物，表明其可能形成于太阳星云外缘；而“龙宫”则含有碳酸盐卤水包裹体，暗示其形成位置更靠近内太阳系。这一差异提示两者可能源自同一母体小行星的不同区域。例如，它们可能是大型撞击事件后形成的“波拉纳族”（Polana family）小行星的碎片：贝努来自低温外层，保留了丰富的氮化合物；而龙宫则源于高温内部，部分氮已流失。
更进一步的研究表明，某些类CI小行星的前体物质与木星族彗星（轨道周期小于20年）极为相似，后者起源于海王星以外的寒冷区域，富含H₂O、CO₂和CO冰。尽管彗星的氢、氮同位素比率普遍高于地球，支持其对地球水和有机物贡献有限的观点，但CI型物质的同位素特征与地球更为接近，强化了小行星作为地球挥发物主要来源的假说。
未来，对更多类CI小行星（如欧芙洛绪涅族、忒弥斯族）以及木星特洛伊小行星和彗星的采样返回任务，将帮助我们超越“ asteroid vs. comet”（小行星 vs. 彗星）的简单二分法，转而建立一个连续的太阳系形成图景。唯有如此，我们才能真正理解地球如何从冰冷的星云尘埃中孕育出生命所需的水与有机分子。
资料来源：Noguchi, T. Clues from asteroids about Earth’s volatiles. Nat. Geosci. 18, 812–814 (2025). https://doi.org/10.1038/s41561-025-01775-4
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