全球首例！实验室模拟冥王星环境 证实存在有机分子
▲NASA新视野号传回的冥王星照片(资料来源美国NASA)（图／国家同步辐射研究中心提供，下同
你是否曾想过，地球上生命的起源可能来自于冥王星等古柏带（Kuiper Belt）的星体？1951年荷裔美籍天文学家古柏（Gerard Peter Kuiper）曾经推论，太阳系诞生初期所残留的碎片，被抛到太阳系外围并形成古柏带，因此古柏带保存着太阳系最早期的原始物质。更有科学家推测，这些无机物质经宇宙射线照射后，可以转变为有机物质，而彗星就是将这些有机物质由古柏带快递到地球的星际列车。
国家同步辐射研究中心的吴宇中教授、金之豪博士以及陈宪璁、刘孟澄与黄自平三位研究助理所组成的星际化学研究团队，打造了一个实验腔体，以模拟位于古柏带的冥王星表面的极端太空环境，同时利用高能电子束模拟宇宙射线，并使用台湾光源(Taiwan Light Source) 的巨龙光束线，取得与哈伯望远镜吻合的「远紫外光吸收光谱」，耗时三年，首度证实冥王星存在着有机分子，研究成果荣登知名期刊《天文物理学期刊增刊》(The Astrophysical Journal Supplement Series)。
▲模拟冥王星大气环境的实验腔体。
2012年哈伯望远镜传回了冥王星表面模糊的远紫外光吸收光谱，科学家据此推测冥王星上可能存在有机物，但数年来一直无人能证实。这个消息激起了吴宇中的兴趣，便开始仿照冥王星的大气分子组成、近真空的大气压力与低于零下240 oC的表面温度，架设一个模拟冥王星环境的实验腔体；并以高能电子束去轰击气体分子，来模拟气体分子被宇宙射线照射后，可能产生的化学反应与产物。
轰击后还必须将产物冷却成薄冰，模拟覆盖在冥王星表面的极冷冰层。经过数十次实验，终于重现了2012年哈伯望远镜观测到的远紫外光吸收光谱，亦即成功制造出冥王星表面的不明有机物。为了进一步探测这个物质的庐山真面目，吴宇中更利用高灵敏度的「红外吸收光谱仪」进行扫描，并且比对资料库内数万笔的「分子指纹」2后，终于证实了这个有机物质就是氰基乙烯亚胺(2-cyanoketenimine)。
在此之前3年，吴宇中屡次尝试改变气体分子组成比例、照射能量、照射时间等数十种实验条件组合，都苦无结果。美国的NASA、哈佛大学、夏威夷大学以及荷兰的莱登大学也在从事冥王星的追星研究，同样束手无策。
一直到2015年7月，美国NASA的新视野号太空船（New Horizons）首度飞越冥王星后，科学家推测冥王星表面的暗红色区块，可能是大气分子经由宇宙射线照射后形成的雾霾，掉落在冥王星地表。吴宇中突然灵机一动，立即修正实验顺序，原本的作法是将气体分子先制作成薄冰后，再用高能电子轰击，他修正为先轰击气体分子后，再制作成薄冰，这个发想竟让他成为全球第一个证实冥王星上存在有机分子的科学家。
星际间充斥的高能紫外光是星际分子演化的能量来源，而同步加速器光源的紫外光，亮度是传统光源的百倍以上。过去利用传统光源实验需要数天才能获得的数据，以同步加速器光源照射，数小时便可完成。
随着新视野号往更深的古柏带飞行，吴宇中表示，未来他打算持续研究其他古柏带星体表面冰层的光化学与辐射化学反应，期盼不久的将来能更进一步发现生物分子的存在。而同步加速器光源将持续引领着像他一样的星际迷，进行探索宇宙的星际奇航。
▲同步辐射研究中心的巨龙光束线。