索林——复杂而肥沃的生命基石
第一次听说索林（Tholin，也译作托林）这种复杂的有机物是差不多5年前的事情了。当时是为中国天文科普网翻译了一篇关于土卫六雾霾成分的报道，文中称根据实验室的模拟研究，土卫六高层大气中就会出现这种颗粒。当时翻译完这篇报道之后，有关索林的事情就被忘得一干二净了。不过最近新视野号的观测大热，这种物质作为冥王星暗区以及冥卫一极冠地带的着色剂，再三成为焦点。本人的兴趣由此又被勾引了起来，随之追本溯源一番。
约翰·霍普金斯大学的研究者合成的索林样本，可见其特征颜色。（图片提供：Hao He, Xinting Yu, Sydney Riemer, and Sarah Hörst, Johns Hopkins University）
“索林”源于古希腊语的“泥泞”一词，亦与古希腊语“穹顶”同音。这个名词最早见于卡尔·萨根及其合作者Bishun Khare在1979年发表的一篇文章。多年以来，他们一直在Stanley Miller与Harold Urey上世纪50年代著名的氨基酸合成实验的基础上继续进行研究，通过向富含甲烷、乙烷、氨气、甲醛、水分以及硫化氢等成分的混合气体中放电或照射紫外线，合成了一类黏糊糊的红褐色物质。这种物质的化学性质相当让人棘手，通常的分析手段在它面前全部碰壁，最终萨根等人在高温分解以及气相色谱和质谱技术的帮助下才得以确定其成分，并决定用索林这样一个与具体成分和性质无关的统称来称呼这类共聚物（不过他们自称一开始打算使用“Star-tar”这样一个听上去多少有些恶搞的词汇）。
索林族物质的组分并不确定，具体情况取决于参与反应的气体成分、压强和含量，还有向气体注入能量的方式（紫外线或者电火花）。无论是哪种反应方式，最终产生的索林大抵含有多环芳香烃、烷烃、烯烃等成分，还都表现出了氨基酸及蛋白质前身——多肽存在的迹象。由于含有氨基酸相关的重要有机物，而且还可以在史前地球大气环境下形成，据信富含索林的环境也为生命的起源创造了沃土。
气体放电产生的索林颗粒显微图，其中d图中的索林颗粒尺度与星际尘埃相当。（图片来源：Sagan & Khare 1979）
索林的合成借助的是链式反应。如果能量以电火花的形式注入，初始成分会在高温下发生瓦解和再复合；而紫外照射产生索林的过程要涉及简单分子的光解以及超热氢原子参与的反应链。最终这些成分聚合组成了复杂的网络，环状分子点缀其中，其上还交织着烷烃、烯烃分子与肽链。从宏观上看，索林就表现为无定形团簇，以气溶胶的形态悬浮在气态行星的大气中，又或者是降落在固体星球的表面上。
萨根及其合作者在1979年的论文中即已指出，土卫六以及木星等气态行星大气中红色的部分应该就是源自索林的贡献。他们认为，索林还会存在于彗星和陨石中（原始地球上的索林可能有相当一部分正是来袭小天体的贡献）、太阳系诞生之前的原始星云里、还有弥漫的星际介质内，甚至还可能贡献了若干让人费解的星际吸收线特征，其分布可以说是相当广泛。后来的实验以及卡西尼号探测器的实地考察提供的线索表明，土卫六高层大气中的环境确实会诱发索林族物质的形成。
针对土卫六高层大气的模拟实验合成的索林球体。（图片提供：Edith Hadamuck/UPMC/Univ. of Paris）
具体到土卫六这个例子，索林是在1000千米的高空产生的，随后向下沉降。大气中占主导的氮分子与少量的甲烷分子在阳光和宇宙线的轰击下发生破碎，然后依次生成乙烯、乙烷、乙炔、氢氰酸以及分子量在数百道尔顿左右的复杂苯环化合物等，随后又结合产生了分子量高达8000道尔顿的带负电大分子。这里苯环类物质的合成是关键步骤。卡西尼号的测量结果是，土卫六大气中苯等关键成分的含量确实是随高度而升高的。由此看来，索林应该可以在很多天体（如冥王星）稀薄的“大气”中形成，因为这里的气体组分和密度与土卫六的高层大气相近。
土卫六大气中索林球体的形成过程示意。（图片来源：Waite et al. 2007）
在太阳系之外，哈勃空间望远镜还曾在一颗年龄只有800万年的年轻恒星——HR 4796A的富尘埃星周盘内发现过索林。HR 4796A的质量和温度相当于太阳的两倍左右，而光度是太阳的20余倍。整个系统系统当下正处行星诞生的后期，这一发现是索林在宇宙中分布广泛的一条证据，为地外生命的理论研究提供了线索。实际上人们已经在星际介质中发现了简单有机物分子，因此只要具备合适的紫外光源（如恒星），它们转化为复杂的大分子索林也并非不可能。
需要说明的是，阳光（或星光）中的紫外线虽然是索林形成的重要催化因素，但有些时候弥漫辐射也不容忽视。比如新视野号刚刚进行的观测表明，冥王星周围的阳光暗淡，但行星际莱曼α弥散光却并不弱，二者可以诱发等量的反应，因此冥王星长期接受不到日照的夜半球上也应该有可观的索林积累。
索林一旦出现，除了作为孕育复杂生物大分子的基质，为生命起源作铺垫之外，它还可以有效阻隔紫外线，发挥防晒的作用，进一步为生物演化创造条件。同时某些土壤中的细菌也可以利用索林作为碳元素与能量的来源，甚至有迹象表明最原始的异养微生物就是以索林为食的。但今天的地球倒是因为大气含氧量过高，可能通过氧化作用摧毁中间产物，是无法自然产生索林的。所以这类物质虽然诞生于恶劣的辐射环境下，又与生命繁盛的环境格格不入，它们却是名副其实的生命垫脚石。
