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复杂分子是如何到达地球这样的行星表面的？
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第一个问题的答案比较耐人寻味，它与星际云中含有碳元素有直接关系。宇宙中的碳之所以如此普遍，原因之一是因为碳燃烧只发生在质量为太阳的8倍的恒星内部。约有95%的恒星的质量都小于这一尺度，所以其内部的核燃烧从来未能超出将氦原子核变为碳原子核这一阶段。在恒星内部生成碳是一回事，但是让碳来到恒星表面并喷射到宇宙空间就是另一回事了。恒星看来确实完成了这种“戏法”，因为研究光谱发现，在许多处于特定生命阶段的恒星周围存在的不断扩张的星际云中，存在有气态分子和尘埃微粒。这一阶段表明恒星的外层发生膨胀，变成了红巨星。由于历史的原因，人们称这种恒星处于“渐进巨星分支”（asymPtoticgiantbranch），75有时简称为AGB星。由于AGB星周围的物质运动得太快了，它们必定是在数千年的时间内扩散开的，现在证明在那些云中有分子和尘埃，表明这些复杂的结构以天文时间的尺度看，必定产生得相当快。
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对于像太阳这样的恒星（即所谓的星族Ⅰ恒星），其AGB阶段开始的时候氧比碳要多。计算机模拟表明，恒星核心生成的碳通过对流到达表面，然后在恒星薄薄的外层聚积，直到碳原子的数目超过了氧原子。76只要条件合适，碳原子可以与其他碳原子以各种方式连接。正是这一奇特之处，使得碳对于生命具有了如此重要的意义。所以尽管大部分的碳与氧结合形成了一氧化碳（CO），另一些与氮形成了CN，仍有一些剩下的碳形成了C2和C3。光谱特征表现出含有这些物质的恒星称为碳星（carbon star）——当然，它们并非完全由碳构成。
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在其生命的这一阶段，一个典型的AGB星会膨胀到太阳直径的数百倍，亮度达到太阳的几千倍。在如此大的规模下，该恒星表面的重力会非常微弱，而恒星的辐射造成的向外的压力则非常强。因此，从恒星表面逃逸的材料形成恒星风，每年会带走相当于太阳质量万分之一的物质。这听起来似乎不多——但每经过1000年，就意味着该恒星会失去太阳质量十分之一的物质，相当于地球质量的33000倍。由于扩张的星云温度很低，许多稳定的分子能够在里面形成。研究人员在AGB星的光谱中已经发现了60多种不同类型的分子，其中包括简单的有机化合物，如H2CO和CH3CN；环分子如三角亚丙基（triangularProPynylidine）（C3H2，）以及我们那位有点乏味的老朋友HC11N。
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在AGB星中分辨出的确定无疑存在的固体颗粒包括硅酸盐和碳化硅（SiC）。这些固体颗粒会吸收星光，并将其中的一部分能量以红外光再辐射出去；AGB星周围环绕着如此多的尘埃，使用光学望远镜无法观测到它们，只有使用红外望远镜才能判断出它们是否存在。然而由于地球大气会吸收红外辐射，这样的恒星只能通过红外卫星探测仪或是位于高山顶端的望远镜才能看到。因此，观测研究AGB星周围星云中的各种分子及（尤其是）固体颗粒是一个新的天文学分支，发现的证据仍然会有各种不同的解释，对观测结果尚无明确的单一的解释。研究星周物质，我们还需对其恒星的红外光谱与实验室中研究的矿物光谱进行比较。但总是有这样的可能性，即星际环境可能会产生地球上未知的物质。不过，我们仍然可以推断出这些星云中进行的许多演化。虽然这里所呈现的结论中，有一些还只是主观的推论，是我们自认为知道的，但它们对生命的起源问题提供了诱人的线索。
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并非所有巨星的大气都是碳占据主要位置。在某些情况下，碳原子的数量根本就没有超过氧原子。不论在哪种情况下，较少的物质都锁定到了二氧化碳中，虽然它最终可能参与其他反应。在富氧恒星中，产生的化合物大多是氧化物，而在富碳恒星中，产生的则多是有机化合物。不过，这两种物质都会扩散到空间，与原始的氢和氦混合，形成下一代的行星和恒星所需的原料。
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最重要的氧化物（除了水以外）是硅酸盐，这是一种硅（有时加上其他元素）的氧化物。普通的沙子主要是由最简单的硅酸盐即二氧化硅（SiO2）构成的。硅酸盐是地壳中最常见的矿物。而且在4000多个AGB星的光谱中，也已经发现了它。因此，它的来源没有什么神秘之处。使用轨道红外观测仪发现的与AGB星密切相关的其他氧化物，包括刚玉（是一种由氧化铝的结晶形成的宝石，其硬度在天然矿石中仅次于金刚石，大家更熟悉的名称是“红宝石”和“蓝宝石”），77此外还有尖晶石，这是铝、镁和铁的混合氧化物。虽然这些发现很有意思，但是，这里我们真正感兴趣的是与富含碳的恒星相关的有机化合物。
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即使在富含碳的AGB星中，在尘埃颗粒中最常见的且确定无疑的固体是碳化硅。人们已经在700个碳星中发现了它。但是，年龄越大的碳星，其碳化硅的光谱特征越弱，这说明，在那些恒星上，碳化硅已不再是尘埃的一个主要组成部分。从这里开始，许多内容就属于我们的臆测了。在一部分超越了AGB阶段的碳星的光谱中，仍然有强劲并尚未查明其内容的光谱特征存在。到2004年，人们只发现了具备这些尚未查明的特征中的第一种特征的12颗恒星。而且对于这种光谱特征，除了知道它是由某种形式的碳造成的以外，并没有其他明显的解释。但这一特点分布于红外波段中较大的范围内，而且没有包含某种分子的鲜明的谱线，如碳化硅。第二个特点存在于碳星光谱的不同波长范围（也可以说是分散在不同的波长范围内），显示的许多特点和第一种特点类似。这两种特征也许可以解释为许多环碳分子连在一起发出的红外辐射的综合效应，尽管目前尚无证据表明事实的确如此。
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含有这些碳环的化合物称为芳香族化合物，因为它们往往有明显的气味——当然这样的气味未必总是令人感到愉悦。典型的例子是苯。苯分子（C6H6）由6个碳原子连成六边形，每个碳原子连接到一个氢原子。这一结构被称为苯环，是所有化学家叫做芳烃的分子的核心，有时是由一个不同的元素的原子替换掉碳环中的一个碳原子。
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在这种分子的一个例子中，多出来的一个碳原子被一个氧原子取代，形成了吡喃环（Pyran ring，C5O）。吡喃环容易形成长链，其中每个环，由一个氧原子作为两者之间的桥梁，附在其相邻的环的任意一端。一般情况下，这种长链被称为聚合物。在这一特殊情况下则称作多糖。一旦存在少数这样的链，它们就会倾向于结合更多的碳原子和氧原子，使它们成为更多的吡喃环。此外，如果一个环断开了，就会产生两个多糖链。生命的关键特性在于能够成长和繁殖，尽管多糖还算不上有生命，但这说明生命的这种关键特性，可以随着化学反应变得更为复杂而自然地产生。
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最重要的是，乙炔（c2H2），即苯和其他芳香族化合物的基本组成物，是在这些星云中已经确认存在的分子之一。碳星光谱的广泛特征恰恰处于与苯环的CH和CC键的拉伸和弯曲相联系的红外光谱部分，它们所产生的特点被统称为芳香族红外波段，或AlBs。在实验室中，要想测量其光谱，很难模拟这些复杂的结构在深空存在的环境。然而，接近真空的环境下，温度接近绝对零度，通过激光束探测合成物化学结构，奈梅亨大学在2002年进行了一系列实验，提供了迄今最好的证据，证明我们的判断是正确的。但是，要想解释从太空获取的光谱的特征，只能是很多苯环连在一起，形成一整片或是六边形的环，成为大量的碳材料，含有至少数以百计的碳原子。这种许多苯环的组合被称为多环芳烃，或者PAH。它们也可与碳基链连成规模较小的分子，这些链又可以作为桥梁，构成其他的成片的多环芳烃。地球上有一种非常常见的物质，基本上就是这种结构，那就是煤。
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我们所看到的碳星的宽频红外辐射带，其实是来自我们自己的太阳系。有强有力的间接证据表明，这是正确的解释。陨石是太阳系形成阶段遗留下来的碎片，有时会落到地球上，其所含的物质可能代表了太阳系形成时期，星云气体和尘埃中所含有的固体物质。陨石中最常见的有机物质是油母质，这是一种像煤的材料，是油页岩的固体有机组成部分，加热后会产生类似石油加热所产生的碳氢化合物。这并不意味着煤和石油来自宇宙空间。我们认为多环芳香烃可能是生命产生的基本元素之一，而煤和石油则是曾经存在过的生命的残留，因此它们是在生命故事的另一端——生命真可谓是“本是煤炭，仍要归于煤炭”，而不是像圣经里说的那样“本是尘土，仍要归于尘土”。78
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2005年，NASA的“深度撞击”太空探测器故意撞向坦普尔1号彗星，使用地球上的斯皮策望远镜在红外波段分析了撞击所激起的彗星物质。结果令许多天文学家感到惊讶（但不包括那些一直研究这里所叙述的话题的人），从彗星材料所获得的光谱揭示了那里存在有硅酸盐、碳酸盐，黏土状的材料、含铁化合物，以及类似于烧烤火堆中或汽车尾气中所具有的芳香烃化合物。一直关注我们这里所描述的研究的人，对这些发现感到满意。这就像将拼图的又一块完美地拼合上了，让我们对产生生命所不可或缺的物质是如何来到地球上的有了进一步的了解。
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陨石还能为我们揭示生命起源的其他方面的奥秘。我们已经提到，生命大量使用碳、氢、氧和氮这四种最常见的反应元素。在生命分子中，其他元素的含量要少得多。它们本来相对也较匮乏，因此这不难理解。但是有一个奇怪的例外。我们已经看到，磷是核酸的一个重要组成部分，而且在其他的生命分子中，它的含量也出奇的高。为了更好地理解这一点，可以看一下这一比例：在整个宇宙中，每有1400个氧原子才有一个磷原子；但在细菌中（单细胞有机体，从许多方面讲，它们是生命的基本单位），每72个氧原子就有一个磷原子，从质量方面考虑这使磷成为生命中处于第五位的最重要的生物元素。其原因在于，磷具有不同寻常的机制，能够与其他原子形成联系。由于在磷原子中，量子力学的一种奇怪现象会影响其中的电子，使一个磷原子有时可能同时与其他五个其他原子产生化学键。这使它能够形成大量的分子的组成部分，并将其他化学单位以复杂而有趣的方式链接起来。一旦知道了这一点，我们就会毫不奇怪地发现，磷是复杂性生命的一个重要组成部分。它能够形成多种化学键的这一特性，弥补了其数量的不足。79任何一名园丁或农民都能会告诉你，磷肥对于植物有多么重要。那么这和陨石有什么关系呢？这是因为许多陨石含有磷，而且通常是与铁和镍形成某种矿物形式。2004年，亚利桑那大学的研究人员进行了一个简单的实验，使用了这样一种矿物，称为磷铁镍陨石，将其在室温下投入普通的水中。由此产生的化学反应产生了各种各样的磷化合物，其中包括氧化氮P2O7。多个生化过程会用到这种化合物，它和一种称为三磷酸腺苷（ATP）的化合物类似，后者用来储存所有生命细胞中的能量。三磷酸腺苷的其中一个作用是为肌肉收缩提供动力。这样，我们再一次在宇宙空间找到了存在生命产生所需的基石的证据。此外人们还发现陨石也含有氨基酸（这确定了构成蛋白质的这些基本构件已经存在于太阳系形成时所用的基本物质中）、羧酸和糖类，包括甘油（这是现在地球上的所有细胞在形成细胞壁的时候所需的一种糖）和葡萄糖（一种六角形环分子C6H12O6，对于呼吸有重要作用）。
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关于陨石中的分子还有其他的一些发现，提供了如今地球上的生命和起源于宇宙空间的分子之间的联系。诸如氨基酸以及更有趣的糖等分子具有独特的三维形状，而且通常能以两种镜像的形式中的任意一种存在，就像一副手套的左右两只一样对称。这些通常被称为左旋（左手）和右旋（右手）分子异构体。而左右旋是根据分子对偏振光的影响判断的。我们可以将偏振光想象成沿伸展开的绳索传递的垂直涟漪。左手和右手异构体的影响，是改变涟漪的角度，因此，本来垂直的涟漪出现了向左或向右的倾斜。化学家用组成它们的基本原子合成这些分子得到了同等数量的“左手”和“右手”形式的异构体。量子化学的定律不偏向任何一方。但是，地球上的生命却有偏好，它们几乎完全使用左旋氨基酸制造蛋白质，用右旋糖制造核酸。一个DNA分子不可能使用左旋脱氧核糖，就好像左手的手套没办法戴到右手上。80
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这样一件事首先告诉我们（确认了其他的证据），现在地球上所有的生命都是来自一个共同的祖先。如果这一祖先的生命形式——可能是原始的细胞——正好利用了这一类异构体，其所有的后代将继续这样做，而根本不管周围的环境中还存在这些分子的镜像版本。所以，直到最近，人们觉得似乎存在某种比较好玩的可能性，那就是如果我们在附近的行星上发现与我们类似的生命形式，可能会发现它们可能使用右旋氨基酸和左旋糖，或是使用同样方向的两种分子。这引发产生了不少的科幻小说，故事中提到滞留在其他星球的旅客虽然周围的食物很多，但却不得不挨饿，因为他们的代谢系统无法吸收外部世界的食品。但在20世纪90年代末，天文生物学家发现，陨石中的氨基酸也是左旋的。在太阳系形成之前，不对称性已经存在于生命的分子之中了。
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有两种方法可以让一种分子的数量超过另一种。要么是一开始就制造更多的某一类型的同分异构体，要么就在制造出它们后，把另外一种破坏掉。在实验室中，人们可以用圆偏振光效应去除某种异构体。81天文学家使用建在澳大利亚赛丁·斯普林（SidingSPring）山的英澳望远镜发现了来自猎户座分子云的圆偏振光（在红外光谱部分），这就把拼图的最后一块拼合上了。这是一个恒星正在形成的区域，而且在这里发现了有机分子。看来这一区域的圆偏振光肯定会在星云崩坍，形成新的恒星和行星之前，在这一区域的有机分子上留下印记，使得其中的一类多于另一类。
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这意味着，在一群恒星共同形成的时候，物质的左右旋特性就会形成。但是，由于圆偏振光本身就可能是左旋或右旋的，根据其旋转方向不同，不同的星际云中的分子（甚至是在共同的星际云中不同区域的分子），都可能会受到不同的影响。因此，虽然现在已经肯定，如果太阳系的其他地方有氨基酸存在，也肯定是像地球上的一样是左旋的，但是不同的变化形式仍可能存在于银河系的其他地方。因此，那些科幻故事可能的确没搞错，只要故事中的空间旅行者旅行得足够远。
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到目前为止，这已经足以证明构筑现在的生命形式的砌块，早已存在于构成太阳和家族的所有行星（包括地球）的物质之中了。我们也看到，这些物质能够包裹在陨石内降落到地球表面。这本身可能已经足以启动地球上的生命进程。但是还有另外一种更美妙的方式让有机物质落到地球上，这在太阳系年轻的时候更为有效——包裹在彗星内部。
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现在，彗星已不再是引起我们的祖先迷信恐惧的神秘物体了。驯服彗星的工作是从18世纪开始的。当爱德蒙·哈雷正确地预测了那颗现在以他的名字命名的彗星的回归的时候，就表明它们已经成了太阳系的普通成员，同样受到引力的作用，与绕太阳运行的物体一样遵循同样的物理定律。近年来，人们除了从地面上研究彗星的光谱之外，还通过太空探测器近距离造访过它们。最富戏剧性的探测是2005年NASA用一个探测器撞向坦普尔1号彗星，提供了近距离的图片，并使彗星物质喷发出来，其光谱（毫不令人惊讶地）揭示了在彗星上存在大量的水。实际上，对彗星最好的描述，是可以将其视为宇宙空间的脏冰山——以前人们就称它们是脏雪球，但现在我们知道，它们比雪球可要坚固得多。彗星中的很多尘埃都是有机材料以及碳化合物，虽然这些尘埃只占彗星质量的一小部分，但彗星的总体体积非常巨大（哈雷彗星的质量约为3000亿吨），因此，即使是总额中的一小部分，其绝对质量按人类的标准来说也大得惊人。而这还只是一颗彗星。
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彗星可分为两个家族，其区别仅在于其轨道。一种是所谓的短周期彗星，沿椭圆轨道运行，轨道范围和太阳系行星的大致相同。比如，哈雷彗星的轨道最远稍微超过了海王星，靠近太阳的时候则接近金星，每76年完成一次循环。在其公转的大多数时间内，它只不过是一坨肮脏的冰块。但是，当其开始靠近太阳，其表面变得足够热，物质会蒸发，形成一个长长的尾巴，这就是给我们的祖先彗星留下深刻印象的所谓“扫帚星”。哈雷彗星下一次回归是在2061年，到时它很可能会变得毫不起眼，因为那时它处在太阳系的一个错误的位置，无法给地球上的人提供良好的视角；但在2134年，哈雷彗星将在距离地球1400万千米以内经过，会在天空留下极为壮观的景象。现在已经有100多个已知的短周期彗星，其轨道已经被确定。
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长周期彗星的轨道更为扁长，使它们能够运行到更加远离太阳的地方。历史上，人们给长周期和短周期彗星制定了一个任意的标准，即轨道周期为200年，但这一历史事件却带有误导作用。虽然人们已经确定了500多个长周期彗星的轨道，可是彗星之间真正重要的区别，是有周期的彗星和因轨道过于扁长而无法计算其精确周期的彗星之间的区别。它们似乎从深空中突然出现，扫过太阳，然后再次消失，并且似乎永远不再回来。
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轨道计算结果表明，所有轨道周期已知的彗星，都可以被解释为原本是具有超长周期的彗星，后来被木星引力捕获，被困在了木星引力影响的区域。但是，计算还表明，每100万颗这样的“野”彗星中才会有一颗被木星引力捕获。因此，在宇宙空间的某个地方，必然还存在一个蕴藏着众多彗星的区域，为我们的太阳系提供了稳定的造访者，这样才能解释为何人们已经发现有数百个轨道时期已知的彗星。
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计算表明，这些非周期彗星的轨道的起点大约都距离太阳约10万个天文单位，是到太阳最近的恒星的距离的一半。82这让人们认为，在这个距离附近，存在一个巨大的彗星云团，包裹着太阳系。这一彗星群被称为奥皮克奥尔特云（the OPik-Oort Cloud），这是以两个最先提出这一观点的天文学家的名字命名的。在半个世纪的时间里，人们不断辩论这一彗星云是否存在，以及如果它确实存在，彗星最初又是如何到了那里的。但是在人们研究了像绘架座β星（Beta Pictoris）这样的年轻恒星周围的尘埃盘之后，这一辩论已经尘埃落定。这些研究揭示出一个关键的问题，即，彗星真的是“最初”就在那里了，在太阳系产生之初，这个彗星资源库就填满了。
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在计算机模拟的太阳系形成过程中，如果允许太阳系周围也存在像绘架座β星周围那样的星盘，其中包括的物质比太阳系本身还要多，模拟表明，尽管随着系统稳定下来，大多数的物质会抛入宇宙空间，还有相当于几百个地球的物质，即比太阳系所有行星加在一起的质量还要多的物质，仍然以彗星的形式保留下来。其中有些物质是在海王星轨道以外绕太阳运行，另外还有一些，即最少相当于100个地球质量的物质，位于奥皮克奥尔特云中。这些材料足够构成两万亿个哈雷彗星大小的物体——对太阳系来说，简直是一个取之不尽的彗星储备库。即便每年有20颗这样的彗星飞向太阳——这一速率远远超过现在正常的速率——那么自太阳诞生到目前为止，储备库中只损失了百分之五的原始彗星。
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