太阳系小天体有机物质 的芳香性和脂肪性 南昌大学 周力.

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1 太阳系小天体有机物质 的芳香性和脂肪性 南昌大学 周力

2 Tielens., Annu. Rev. Astron. Astrophys., 2008, 46: 289-337.
“未认证的红外谱带”（UIR带） 未认证的红外谱带(“Unidentified Infrared” (UIR) bands) 上世纪70年代首次观测到UIR带；载体性质尚不清楚； 主导众多天体的中红外辐射，包括反射星云，行星状星云，HⅡ区，原行星状星云，极亮红外星系等。 NGC7331 Orion Nebula Tielens., Annu. Rev. Astron. Astrophys., 2008, 46:

3 UIR带 主要特征谱线： 主 带： 、6.2μm 、7.7μm 、8.6μm 、11.3μm；
Peeters., Encyclopedia of Astrobiology, 2014: 1-20.

4 （公式a） （公式b） NC-H, aliph：载体的脂肪性C-H键的总键数 NC, aliph ：载体的脂肪性碳原子数
Li, APJ Lett, 2012, 760(2): L35 NC-H, aliph：载体的脂肪性C-H键的总键数 NC, aliph ：载体的脂肪性碳原子数 τ ：红外光谱中3.4 μm光学深度对波长的积分，即τint(3.4)=∫ Δτ3.4 dλ A3.4 ：每个脂肪性C- H键的振动强度

5 Yang, New Astronomy Reviews, 2017, 77, 1–22.
PAHs A3.3 (km mol-1) A3.4 (km mol-1) A3.4/A3.3（平均值） Draine & Li 24.08 16.25 0.68 单甲基取代PAHs (平均值) 14.03 23.68 1.76 乙基、丙基和丁基取代PAHs 10-15 25-30 1.97 不饱和侧链取代PAHs 5-15 0.80 双甲基取代 18-27 1.57 1.365 Li, APJ Lett, 2012, 760(2): L35. Yang, New Astronomy Reviews, 2017, 77, 1–22.

6 2a 土卫七吸收比的计算 土卫七中四个高分辨率红外光谱 τ3.4/τ3.3 = 1.74
NC, aliph/N C, arom = 0.38 以芳香性C原子为主 Band (μm) Center Width(宽度） Depth(深度) Asymmetry Identity 3.28 3.2983 0.0406 0.0964 0.9348 Aromatic 3.41 3.4098 0.0745 0.0915 1.5013 Aliphatic Dalton, Icarus, 2012，220,752–776.

7 Central wavelength (μm)
2b. 土卫八吸收比的取值 Band identification Central wavelength (μm) Derived FWHM of band (cm-1)，∆ν Optical depth of band, τ Aromatic CH 3.259 30.1 0.054 3.280 30.0 0.045 Aliphatic a-CH3 3.381 0.032 Aliphatic a-CH2 3.418 30.2 0.078 Aliphatic s-CH3 3.483 0.053 Aliphatic s-CH2 3.509 土卫八前半球拟合的结果 土卫八前后半球的红外光谱及其高斯谱带拟合的结果 Band identification Central wavelength (mm) Derived FWHM of band (cm-1)，∆ν Optical depth of band, τ Aromatic CH 3.254 30.4 0.096 3.286 30.6 0.093 Aliphatic a-CH3 3.381 30.3 0.069 Aliphatic a-CH2 3.422 31.3 0.124 Aliphatic s-CH3 3.478 31.0 Aliphatic s-CH2 3.512 30.7 0.084 τ3.4/τ3.3 = 2.20（前） τ3.4/τ3.3 = 1.98（后） NC, aliph/N C, arom = 0.49（前） NC, aliph/N C, arom = 0.44 （后） 以芳香性C原子为主 土卫八后半球拟合的结果 Cruikshank, Icarus, 2014, 233, 306–31.

8 2c Wild 2彗星吸收比的计算 81P/Wild 2尘埃测得的傅里叶红外光谱 81P/Wild 2尘埃的红外光谱图拟合结果图
τ3.4/τ3.3 = 14.46 NC, aliph/N C, arom = 3.20 以脂肪性C原子为主 振动模式 波数（cm-1） 积分面积百分比（%） C-H (sp3) 2959 10.97 2917 54.93 2856 27.63 CH (sp2) 3060 6.47 Keller, Science, 2006, 314:

9 De Sanctis, Science, 2017, 355(6326): 719-722.
2d Ceres吸收比的计算 Ceres（谷神星）上Ernunet火山口周围的红外光谱图 Ernunet火山口周围的红外光谱图的拟合结果图 振动模式 波长（μm） 积分面积百分比（%） CH3 (sp3) asym. 3.38 55.94 CH2 (sp3) asym. 3.43 18.49 CH3 (sp3) sym. 3.48 9.41 CH2 (sp3) sym. 3.50 6.49 CH (sp2) 3.28 9.67 τ3.4/τ3.3 = 9.34 NC, aliph/N C, arom = 2.07 以脂肪性C原子为主 De Sanctis, Science, 2017, 355(6326):

10 Flynn, Geochimica et Cosmochimica Acta, 2003, 67(24): 4791-4806.
2e Murchison陨石吸收比的计算 Murchison陨石的酸不溶性残留物的红外光谱图 Murchison陨石的酸不溶性残留物的红外光谱图的拟合结果图 振动模式 波数（cm-1） 积分面积百分比（%） CH3 (sp3) asym. 2961 26.83 CH2 (sp3) asym. 2924 34.42 CH3 (sp3) sym. 2881 17.11 CH2 (sp3) sym. 2855 10.51 CH (sp2) 3062 11.13 τ3.4/τ3.3 = 7.98 NC, aliph/N C, arom = 1.77 以脂肪性C原子为主 Flynn, Geochimica et Cosmochimica Acta, 2003, 67(24):

11 DC060919陨石的酸不溶性残留物的红外光谱图的拟合结果图
2f.超碳质南极微陨石吸收比的计算 Optical depth DC060919陨石的酸不溶性残留物的红外光谱图 DC060919陨石的酸不溶性残留物的红外光谱图的拟合结果图 振动模式 波数（cm-1） 积分面积百分比（%） CH3 (sp3) asym. 3054 5.34 CH2 (sp3) asym. 2963 9.14 CH3 (sp3) sym. 2927 25.08 CH2 (sp3) sym. 2875 32.42 CH (sp2) 2856 28.02 τ3.4/τ3.3 = 17.73 NC, aliph/N C, arom = 3.92 以脂肪性C原子为主 Dartois, A&A, 2018, 609: A65.

12 2g 星际空间发射光谱 反射星云NGC 1333在不同位置所测得的红外光谱图 Red Rectangle在不同位置所测得的红外光谱图
Joblin, APJ, 1996, 458: 610. Red Rectangle在不同位置所测得的红外光谱图 Geballe, APJ, 1989, 341: 天体 I3.4/I3.3 N C, aliph/N C, arom 星云NGC 1333 0.21 0.047 星云NGC 2023 0.235 0.052 Orion Bar 0.33 0.074 Red Rectangle 0.195 0.044 以芳香性C原子为主 有机碳氢化合物中的芳香碳氢化合物比脂肪碳氢化合物更适合太空的极端环境，芳香环个数越多，则有机碳氢化合物的稳定性越好

13 2h 星际空间吸收光谱 银心观测光谱的高斯拟合结果 银心观测光谱 τ3.4/τ3.3 = 56.78
Mode (μm) (μm) ∆ν (cm−1) Integrated Area Absorption Strength (×10−18 cm group−1) CH3 (sp3) asym. 3.376 0.05 47.2 6.55 24.3 CH2 (sp3) asym. 3.420 42.8 6.74 15.2 CH3 (sp3) sym. 3.474 41.0 4.96 23.7 CH2 (sp3) sym. 3.520 40.4 2.76 14.8 CH (sp2) 3.289 0.09 81.8 0.37 2.58 银心观测光谱的高斯拟合结果 Chiar, APJ, 2013, 770(1): 78. 银心观测光谱 τ3.4/τ3.3 = 56.78 NC, aliph/N C, arom = 12.48 以脂肪性C原子为主

14 计算结果与结论 太阳系大多数天体中的有机物是以脂肪性物质为主的，而星际空间中大多数有机物质是以芳香性物质为主的。
所选取的目标 τ3.4/τ3.3（I3.4/I3.3） NC, aliph / NC, arom 脂肪性或芳香性 彗星尘埃（81P/Wild 2） 14.46 3.20 脂肪性 土卫七 1.74 0.38 芳香性 土 卫 八 前半球 2.20 0.49 后半球 1.98 0.44 银心观测光谱 56.78 12.48 Ceres 9.34 2.07 Murchison陨石的酸不溶性残留物 7.98 1.77 超碳质南极微陨石DC060919 17.73 3.92 NGC 1333 0.21 0.047 NGC 2023 0.235 0.052 Orion Bar 0.33 0.074 Red Rectangle 0.195 0.044 所选取的目标 τ3.4/τ3.3（I3.4/I3.3） NC, aliph / NC, arom 脂肪性或芳香性 彗星尘埃（81P/Wild 2） 14.46 3.20 脂肪性 土卫七 1.74 0.38 芳香性 土 卫 八 前半球 2.20 0.49 后半球 1.98 0.44 Ceres 9.34 2.07 Murchison陨石的酸不溶性残留物 7.98 1.77 超碳质南极微陨石DC060919 17.73 3.92 NGC 1333 0.21 0.047 NGC 2023 0.235 0.052 Orion Bar 0.33 0.074 Red Rectangle 0.195 0.044 56.78 12.48 银心观测光谱 太阳系大多数天体中的有机物是以脂肪性物质为主的，而星际空间中大多数有机物质是以芳香性物质为主的。 天体中有机物质的性质（芳香性和脂肪性）与所处的物理环境有着密切的关系，具体规律还需要作进一步探讨。

15 感谢大家！