我们不太习惯将灰尘视为有价值的材料——除非它来自太空，或者更确切地说，来自67P/楚留莫夫－格拉希门克（Churyumov–Gerasimenko）彗星。科研人员对其尘埃的分析为人们了解这一天体，或者更宏观地说，为人们了解太阳系的历史提供了有价值的信息。
从2014年8月至2016年9月，一个科学团队利用欧洲太空探测器Rosetta上的COSIMA仪器，对67P/楚留莫夫－格拉希门克（Churyumov–Gerasimenko）彗星进行了详细探测。他们利用COSIMA研究了从彗星核中喷出和太空器捕捉到的尘埃组成。这一研究成果由皇家天文学会于2017年12月发表。
研究表明，平均来看，每个尘埃颗粒质量的一半主要由大分子有机结构的碳质材料组成; 另一半主要由非水合硅酸盐矿物组成。这个结果有何意义? 暗示了什么? 是如科学家预期，还是完全打破了现有的理论？
多亏了Rosetta及其设备，我们已经能够更好地了解67P的组成，尤其是其大气中的气体组成。在彗星环绕太阳的旅程中，它不断释放形成微弱光环的气体和尘埃。这种现象是因为嵌入彗星核内的冰的升华---它们从固体直接变成气体。当气体逸入彗星的大气中时，会带来小的尘埃粒子。ROSINA已经对这些气体进行了表征和量化，它由水蒸气、二氧化碳、一氧化碳、分子氧和主要由碳、氢、氮和氧原子组成的多种有机小分子组成。
其他仪器，如航载摄像机和VIRTIS成像光谱仪，研究了67P的表面。它的表面结构是复杂的：悬崖，断层，山体滑坡，坑等等。但最重要的是，彗星的表面非常黑暗，并且冰块很少。它太黑的事实可能是由于有机碳含量高。考虑到冰和气体只占整个彗星物质的一小部分，研究人员依靠其他物质对彗星释放的尘埃粒子进行分析，以增进对彗星核构成的了解。这种尘埃是彗星非挥发性成分的代表，对尘埃的化学特性的研究将反映彗星的核心特征。
35000个颗粒
COSIMA仪器是一种物理化学微型实验室，其功能是收集彗星67P释放的尘埃颗粒，对其进行成像，然后使用“飞行时间二次离子质谱”（TOF-SIMS）的表面分析方法测量其化学特性。在监测彗星的两年中，数据采集比20年前设计仪器的研究人员和工程师所期望的更为成功。事实上，COSIMA已经收集了超过35,000个直径达1毫米的颗粒。其数量和尺寸都远超预期。
对收集的一部分颗粒（约250）进行质谱测量的分析和科学解释是漫长且具有挑战性的。在从彗星表面喷射后，完整收集到的尘埃所具备的超孔隙，在我们的实验室中几乎没有类似物，并且在实验室中已经复杂化的TOF-SIMS技术在远程使用时表现出色。
从这些测量结果中，可以推断出尘粒的主要组成元素（氧，碳，硅，铁，镁，钠，氮，铝，钙等）以及某些组分化学性质的一些信息。根据这些数据，研究小组发现，每个尘埃颗粒（直径约0.05-1mm）平均含有约50％质量的有机含碳物质。这种材料主要是大分子，这意味着它是由大型结构以完全无序和复杂的方式拼凑而成的;另一半质量主要由非水合硅酸盐矿物组成。
测量结果显示，这种尘埃成分与颗粒采集日期无关。换句话说，平均来看，彗星在近日点之前、之中或之后喷射的尘埃组成没有任何差异，在2015年8月，67P距离太阳最近，在那里的活动是最激烈的。彗星尘埃的组成也不取决于它们的大小或形态---“蓬松的聚集体”或更多的“致密颗粒”。被分析的粒子是核的小碎片，来自它的表面以及沉入彗星深处的坑。因此，由COSIMA确定的平均组成很可能反映了67P核的整体无挥发物组成。因此，大部分彗星物质是由50-50重量的矿物质和固体碳质材料均匀混合形成的。
原始材料
这些结果，以及30年前由乔托和维加探测器在哈雷彗星飞行期间获得的结果证明，彗星是碳含量最高的太阳系物体之一。专家尽管对这一点表示怀疑，但这终究是一个直接的实验证明。由COSIMA测量的碳和硅高丰度比与太阳光球中测得的这些元素的丰度比非常接近。而且，67P粉尘中含有的硅酸盐，没有显示出液态水变化的显着迹象。这两个观察结果是彗星物质原始性质的重要证明。这意味着这种物质自彗星形成以来几乎没有被更改，这与太阳系中的大多数其他物体不同。研究它将我们带回到45亿年前太阳系的开端。
COSIMA测量结合其他Rosetta仪器的观察结果表明，大多数彗星碳质材料不存在于冰和气体中，而是在这种非挥发性大分子形式的粉尘中。这一结果与对地球上收集到的其他外星物质---陨石、微陨石和行星际尘埃颗粒的实验室分析是一致的。但是，即使有了这些，这些材料的原始起源依然鲜为人知。最重要的是，在大气条件下的加热会改变，至少部分地改变它们的碳含量。
COSIMA的原位测量和尘埃的低速收集（每秒几米的速度，正如慢跑的速度）使得完整地保存化学信息成为可能。因此，现在可以说，如果像67P这样的彗星对地球上生命起源有影响的话，尤其是通过引入富含碳的物质而产生影响，那么这个复杂的大分子组分将处于主导地位。
作者简介：
Donia Baklouti
巴黎第十一大学-巴黎-萨克莱大学空间天体物理研究所（IAS）副教授，天体化学家
Anaïs Bardyn
卡内基科学系地磁学部（DTM）天体化学家，博士后研究员
Hervé Cottin
巴黎东贝尔马尔地区大学（UPEC）大气系统大学系统实验室（LISA）教授，天体化学家
（翻译：邓心禹 审校：马晓彤）
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