在太空中探测到含硫环状碳氢化合物

宇宙雾中的硫环

当我们想象在太空中飘浮的生命原料时，常常会想到像水或二氧化碳这样的简单分子。但地球上的生命也依赖于硫——这种有刺激气味的元素存在于蛋白质、维生素以及许多工业化学品中。本研究表明，出人意料地复杂的含硫环状分子已经在银河中心附近的黑暗云层中形成，这暗示着某些较为复杂的生命化学构件可能在行星形成前很久就开始其旅程。

太空中硫为何与生命相关

在地球上，硫融入了关键的生物机制中，从构成蛋白质的氨基酸到重要的代谢辅酶都含硫。陨石和彗星样本同样包含多种含硫有机化合物，其中包括环状结构。然而，当天文学家观测星际空间时，通常只见到小型硫分子，其丰度远低于宇宙中硫的总量。这一长期存在的差异表明，大量硫可能隐匿于难以探测的形态中，弄清它们的藏身之处对于追踪有利于生命的化学如何从星际云传到年轻行星至关重要。

在银河云中发现新的硫环

作者将注意力集中在名为 G+0.693 的巨分子云上，该云位于人马座 B2 复合体、靠近银河系中心处。该云富含复杂有机分子，并受到缓慢的云–云碰撞与高能粒子轰击的持续搅动。研究团队结合了两座位于西班牙的大型射电望远镜的超灵敏观测，覆盖了宽广的射电频率范围，搜寻以前未见分子的微弱光谱指纹。他们报告了一个由13个原子组成的含硫环——2,5-环己二烯-1-硫酮（2,5-cyclohexadien-1-thione）的明确探测结果，该分子是已知陨石分子硫酚（thiophenol）的近亲化合物。该分子目前是已在星际气体中鉴定出的最大含硫物种，也是空间中首个确证的含硫环状碳氢化合物。

从实验室火花到宇宙指纹

要在天空中找到如此特定的分子，前提是先知道它的射电指纹。为了获得该指纹，团队首先在实验室制备了2,5-环己二烯-1-硫酮。他们让硫酚气体通过超音速射流中的电放电，并用高精度微波光谱仪测量产物。该装置将产物冷却到接近绝对零度的温度，类似于星际条件，从而记录下极窄的转动谱线。随后对数十条谱线用量子化学模型进行拟合，提取分子的转动常数并将其发射频率预测到千赫兹级精度。有了这份目录，天文学家便能在 G+0.693 的测量中匹配到数十条无混叠的谱线，并排除了云中140 多种已知分子造成混淆的可能性。

关于硫环如何构建的线索

探测到该分子只是第一步；下一步挑战是理解其形成途径。该云的中等密度和低激发温度意味着仅能观测到低能跃迁，但这些跃迁仍表明2,5-环己二烯-1-硫酮虽稀少却确实存在。作者将其与结构相近的同分异构体以及硫酚本身进行比较，后者并未被明确观测到。他们认为新探测到的物种之所以更易被观测到，一方面是因为其电偶极矩更强，使得辐射更容易被探测到，另一方面也可能是其生成更高效。借鉴相关碳化学的实验与模型，研究者提出在尘埃颗粒的冰面上、受宇宙射线驱动并随后被温和冲击释放的反应，可能将小的硫—碳链组装成更大的环。然而，迄今尚无详细的实验或理论路径被完全阐明，确切的合成配方仍是悬而未决的问题。

这对“失踪的硫”问题意味着什么

尽管这一新发现的硫环在 G+0.693 的硫元素预算中仅占极小的一部分，但它的发现很可能表明还有许多相关分子等待被发现。正如首次探测到带氰基的简单芳香环为太空中一整类复杂碳环的发现打开了大门，2,5-环己二烯-1-硫酮可能是含硫丰富的环状及更大多环化合物家族的先驱。这些物种或许不能完全解决致密云中“失踪的硫”问题，但它们确实为星际气体化学与陨石、彗星材料中观测到的富硫有机物之间建立了具体联系。由此，该工作有助于在连接恒星间冷稀空间与行星温暖生命表面的化学链条中填补又一环。

引用: Araki, M., Sanz-Novo, M., Endres, C.P. et al. A detection of sulfur-bearing cyclic hydrocarbons in space. Nat Astron 10, 401–409 (2026). https://doi.org/10.1038/s41550-025-02749-7

关键词: 星际分子, 硫化学, 天体生物学, 分子云, 前生物有机物